JP2003026414A - Amorphous carbon coating film, method of producing the same, and member coated with the amorphous carbon coating film - Google Patents

Amorphous carbon coating film, method of producing the same, and member coated with the amorphous carbon coating film

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JP2003026414A JP2001216723A JP2001216723A JP2003026414A JP 2003026414 A JP2003026414 A JP 2003026414A JP 2001216723 A JP2001216723 A JP 2001216723A JP 2001216723 A JP2001216723 A JP 2001216723A JP 2003026414 A JP2003026414 A JP 2003026414A
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Yoshinori Irie
美紀 入江
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Sumitomo Electric Ind Ltd
住友電気工業株式会社
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an amorphous carbon coating film having high adhesion, wear resistance, high hardness, smoothness, sliding property or the like, and to provide a coated member coated with the same and a coating method. SOLUTION: A hydrogen-free carbon film A having a thickness of 0.5 to 200 nm is formed on a base material or a base material on which a metal layer having a thickness of 0.5 to 30 nm is provided, by sputtering or a vacuum arc vapor deposition method. Further, a hydrogen containing carbon film B containing hydrogen in an amount of 5 to 25 atomic % is formed on the hydrogen-free carbon film A so that the thickness of the hydrogen containing carbon film B is 2 to 1,000 times that of the hydrogen-free carbon film A.

Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は、耐摩耗性、摺動特性および表面保護機能向上のため、機械部品、金型、切削工具、摺動部品などの表面に被覆される非晶質炭素被膜およびその被覆部材および被覆方法に関するものである。 BACKGROUND OF THE INVENTION [0001] [Technical Field of the Invention The present invention provides abrasion resistance, because of the sliding properties and the surface protection function improvement, machine parts, molds, cutting tools, such as sliding parts it relates amorphous carbon film coating and the coating member and the coating method is coated on the surface. 【0002】[言葉の定義] 非晶質炭素被膜は、ダイヤモンドライクカーボン(DLC)、カーボン硬質膜、 [0002] [definition of the word] amorphous carbon film, a diamond-like carbon (DLC), carbon hard film,
a−C、a−C:H、i−Cとも称されている硬質の被膜である。 a-C, a-C: H, a film of a hard, also referred to as i-C. 非晶質炭素であるから熱平衡で作製されたのではない。 That was not produced in thermal equilibrium because it is amorphous carbon. 炭素原料蒸気をプラズマ化し基材、基板上で急冷し非平衡にして非晶質にしている。 Substrate into plasma carbon raw material vapor, and quenched on a substrate is amorphous and non-equilibrium. これには二種類あって厳密に区別する必要がある。 It is necessary to strictly distinguish There are two types of this. 【0003】<B. [0003] <B. 含水素炭素膜> 一つは水素を含む炭素膜である。 Water Motosumi Motomaku> one is a carbon film containing hydrogen. 非晶質水素化炭素膜ということができる。 It can be said that the amorphous hydrogenated carbon film. これは上記の記号では厳密にはa−C:Hと表現されるべきである。 This is strictly in the above symbols a-C: It should be expressed as H. しかし実際には水素を含む非晶質炭素被膜を、DLC、カーボン硬質膜、a−C:H、i−C In practice, however, an amorphous carbon film containing hydrogen, DLC, carbon hard film, a-C: H, i-C
などといっている。 To say and so on. 【0004】それは歴史的に水素を含む非晶質炭素被膜の方が早く実用化され現在までにかなりの実績をもっているからである。 [0004] It is because they have a considerable track record by historically been practically started faster amorphous carbon film including hydrogen currently. だから通常非晶質炭素被膜というと水素を含む非晶質炭素被膜を指す。 So it refers to amorphous carbon film containing hydrogen and say usually amorphous carbon film coating. 非晶質炭素被膜は平滑で摩擦係数が低いと言われるが、それは水素を含む非晶質炭素被膜の固有の性質である。 Amorphous carbon film is the coefficient of friction with the smooth is said to lower, which is an inherent property of the amorphous carbon film containing hydrogen. 厳密には非晶質炭素被膜全てがそうだということでない。 Strictly speaking, all the amorphous carbon film is not that it's so. 混同してはならない。 It should not be confused. 【0005】非晶質であるから結晶構造のような規則性はないが結合の手を一本しかもたない水素原子の介在が表面平滑性、低摩擦係数性を与えている。 [0005] mediated regularity is not has only one hand bonded hydrogen atoms, such as the crystal structure because it is amorphous is giving surface smoothness, a low coefficient of friction properties. 水素を含む非晶質炭素被膜の原料は水素と炭素の化合物である炭化水素ガス(CH 、C 、…)である。 Raw material of the amorphous carbon film containing hydrogen hydrocarbon gas is a compound of hydrogen and carbon (CH 4, C 2 H 4 , ...) it is. 原料に水素を含むから生成された膜にも水素が含まれる。 In film produced from a hydrogen-containing raw material contains hydrogen. プラズマC Plasma C
VD法などによって作られる。 It made by such as VD method. 成膜方法によってはガス原料を使わない場合もある。 In some cases it does not use the gas raw material by a deposition method. 炭素固体を原料とする方法の場合は雰囲気ガスに水素含有ガスを用いる。 For a method of the carbon solids and feedstock using a hydrogen-containing gas in the ambient gas. 【0006】水素を含む非晶質炭素被膜は、高硬度で平面平滑性に優れ、摩擦係数が低いといった優れた特徴を有する。 [0006] amorphous carbon film containing hydrogen, having the features high hardness excellent in surface smoothness, the friction coefficient and excellent such low. SiやGeウエハなど半導体ウエハの表面には良好な薄膜を形成することができる。 The Si and Ge wafer such as the surface of the semiconductor wafer can form a good film. しかし半導体の絶縁膜としてはSiO やSiNなど優れたものが既にある。 However, as a semiconductor insulating film is already excellent like SiO 2 or SiN. また半導体の絶縁膜には低摩擦係数や平滑性などは不要だから非晶質炭素被膜を使う必要性はない。 Also in the semiconductor insulating film is not necessary to use the amorphous carbon film because unnecessary such as low coefficient of friction and smoothness. 【0007】水素を含む非晶質炭素被膜は耐摩耗性、低摩擦係数が要求される機械部品、金型、切削工具、摺動部品などへの応用が期待されている。 [0007] amorphous carbon film wear resistance comprising hydrogen, machine parts low friction coefficient is required, the mold, cutting tools, application to sliding parts is expected. これが非晶質炭素被膜のもっとも重要な用途であろう。 This might be the most important application of the amorphous carbon film. 一部には製品化されているものもある。 Some of which in part has been commercialized. 【0008】水素を含む非晶質炭素被膜の形成法としては、メタン(CH )等の炭化水素系ガスを用いたプラズマCVD法や、スパッタ蒸着法、イオンプレーティング法、真空アーク蒸着法などが用いられる。 [0008] As the method of forming the amorphous carbon film containing hydrogen, methane (CH 4) a hydrocarbon gas or a plasma CVD method using such a sputtering deposition method, an ion plating method, a vacuum arc deposition, etc. It is used. 【0009】しかし水素を含む非晶質炭素被膜には根元的な難点がある。 [0009] However, the amorphous carbon film including hydrogen is underlying difficulties. 水素含有非晶質炭素被膜は基材との密着性に乏しいということである。 Hydrogen-containing amorphous carbon film is that of poor adhesion to the substrate. 軟鉄、鋼、ステンレスなど通常に機械部品材料として用いられる多くの金属の表面には水素を含む非晶質炭素被膜は密着しない。 Soft iron, steel, the amorphous carbon film containing hydrogen on the surface of many metals used as normal for machine parts materials such as stainless steel are not in close contact. すぐに剥落してしまう。 It would fall off soon. これが最大の問題である。 This is the biggest problem. 結合の手を一つしか持たない水素が含まれるから基材との境界において結合を形成しにくいからであろう。 Coupling hand because hydrogen is contained with only one would not easily form a bond at the boundary between the base material. そこで様々な密着性改善方法が提案されている。 Therefore various adhesion improvement methods have been proposed. 【0010】普通に非晶質炭素被膜というと炭化水素を原料としてプラズマCVD法で作られた水素を含む非晶質炭素被膜である。 [0010] is commonly referred to as amorphous carbon film when the amorphous carbon film containing hydrogen made by plasma CVD a hydrocarbon as a raw material. いちいち「水素を含む非晶質炭素被膜」というのはわずらわしい。 Annoying each time because "the amorphous carbon film containing hydrogen". 以後「含水素炭素膜(或いはこれにBを付けて含水素炭素膜Bとする)」と呼ぶことにする。 Hereafter will be referred to as "(with a or this to B and water Motosumi Motomaku B) water Motosumi Motomaku". 【0011】<A. [0011] <A. 無水素炭素膜> もう一つは水素を含まない炭素膜である。 One hydrogen-free carbon film> the other is a carbon film containing no hydrogen. これは非晶質無水素炭素膜ということができる。 It can be said that amorphous inorganic hydrogen carbon film. 一般的にDLC、カーボン硬質膜、a In general DLC, carbon hard film, a
−C:H、i−Cは含水素炭素膜Bを表現している。 -C: H, i-C is expressed hydrous Motosumi Motomaku B. 水素を含まない非晶質炭素被膜は、炭化水素ガスではなくて固体炭素を原料として作製する。 Amorphous carbon film not containing hydrogen, to produce a solid carbon as a raw material instead of a hydrocarbon gas. 【0012】歴史的には炭素を原料として電子ビーム蒸着法などで薄膜形成する、ダイヤモンド薄膜の生成を目的にした研究の方が古い。 [0012] Historically, a thin film formed by an electron beam evaporation method or the like carbon as a raw material, the old is more of studies for the purpose of generation of diamond thin film. ダイヤモンドの人工合成法の一つとして期待された。 It was expected as one of the artificial synthesis of diamond. しかし結晶質のグラファイト膜ができたり粒子の荒いアモルファス膜(非晶質)とグラファイトの混合膜ができたりして長らく成功しなかった。 But or it can crystalline mixed film rough amorphous film of graphite film can be or particles (amorphous) and the graphite was not long succeed. 基板を低温にすることによって非晶質炭素膜にすることはできたが、なお根本的な難点があった。 It was can be amorphous carbon film by the substrate to a low temperature but still had fundamental drawbacks. 【0013】非晶質膜であって炭素だけだから基材との密着性は良いのであるが表面が荒い。 [0013] The adhesion between because only carbon an amorphous film base material is rough but it is good surface. 粗面化するので使いものにはならない。 Since roughening not useless. どうして粗面化するのか? Why to rough surface? それは次のような理由による。 It is due to the following reasons. 【0014】炭素、シリコン、Geなど4族元素に共通のことであるが、単体原料を電子ビームなどで蒸発させ低温基材に蒸着させると非晶質にはなる。 [0014] Carbon, Silicon, but Ge is common that the Group 4 element such as, becomes the elemental material to the depositing on the cold substrate was evaporated and electron beam amorphous. しかし強固な共有結合をもつ4族元素は単体原子(イオン)となって飛ぶだけではなく、原子団(ドロプレット)になって飛ぶから膜内に原子団の塊をボツリボツリと含むようになる。 But Group 4 element having a strong covalent bond not only fly a single atom (ion), comprising a mass of atomic group film from flies become atomic group (Doropuretto) to include a Botsuribotsuri. 塊で飛び塊で基材に付くから得られる膜表面がザラザラになってしまう。 Film surface obtained from attached to the substrate in mass flew in mass becomes rough. 4本の結合を持つので4族非晶質薄膜は基材との密着性は良い。 Adhesion between 4 group amorphous thin film substrate because they have four bonds good. しかしそれが裏目に出て薄膜作製時に凹凸隆起の多い粗面を形成するようになる。 But it is to form a more rough surface irregularities raised during thin film preparation backfired. もしも摺動部材として使うとたちまちの内に相手材を傷付け摩損摩耗してしまう。 Resulting in wear wear damage the mating material within soon the Use as if sliding member. とてもそのままでは使えない。 So it can not be used as it is. あえて使用したいなら研磨する必要がある。 Dare there is a need to polish if you want to use. しかし極めて硬いので研磨は難しい。 But polishing is difficult because the extremely hard. 【0015】だから水素を含まない非晶質炭素被膜は、 [0015] So the amorphous carbon film not containing hydrogen,
表面平滑、低摩擦係数、耐摩耗性というような通常非晶質炭素被膜について言われるような性質を持たないのである。 Surface smoothness, low coefficient of friction, is of no nature as said about ordinary amorphous carbon film coating, such as that abrasion resistance. ただ高硬度ということは言える。 But it can be said that the high hardness. しかし高硬度であっても粗面化していれば何にもならない。 But not anything if roughened even at high hardness. かえって研磨に手間がかかるだけで実際的な利益はない。 There is no real benefit in a time-consuming only contrary to the polishing. つまり役に立たない。 That is useless. だから水素を含まない非晶質炭素被膜は一部工具や機械部品で使用されているだけである。 So the amorphous carbon film containing no hydrogen is only used in some tools and machine parts. だから、通常に非晶質炭素被膜というと、当業者は水素を含む含水素炭素膜を想起する。 So, usually referred to as amorphous carbon film, those skilled in the art will recall the water Motosumi Motomaku containing hydrogen. 【0016】非晶質炭素被膜には密着性のないのが欠点だというが、それは水素を含む炭素膜Bのことであって、水素を含まない非晶質炭素被膜Aは充分な密着性を備えているのである。 [0016] The amorphous carbon film say that drawback that no adhesion, it is a to the carbon film B containing hydrogen, the amorphous carbon film A is sufficient adhesion containing no hydrogen than that is equipped. 水素を含まない非晶質炭素被膜といちいち言うのは冗長である。 It is redundant to say every time the amorphous carbon film containing no hydrogen. 以後「無水素炭素膜(或いはAを付けて無水素炭素膜A)」と呼ぶことにする。 Hereinafter will be referred to as "hydrogen-free carbon film (or with the A hydrogen-free carbon film A)". 【0017】水素を含む非晶質炭素被膜BがプラズマC [0017] an amorphous carbon film B containing hydrogen plasma C
VD法で生成できるようになったあと、炭素だけの使いものになる非晶質炭素被膜Aを作製する技術が発明された。 After now be produced in VD method, techniques for producing amorphous carbon film A to be usable only carbon was invented. それは後に詳しく述べるフィルタードカソード法によるものである。 It is due to a filtered cathode method described later in detail. 表1に含水素炭素膜Bと無水素炭素膜Aの特性を一覧にして示す。 Table 1 shows the characteristics of the hydrous Motosumi Motomaku B and hydrogen-free carbon film A in the list. 【0018】 【表1】 [0018] [Table 1] 【0019】<M. [0019] <M. 金属膜> 本発明において金属膜を介在させることがある。 There is an intervening metal layer in the metal film> present invention. 多様な金属を用いるが、金属膜をMによって表現することにする。 Using various metals, but in expressing the M metal films. 【0020】<S. [0020] <S. 基材> 被膜を形成する基礎となる部材を基材という。 The member underlying forming the substrate> the film as the substrate. 工具や機械部品などが基材になる。 Such as tools and machine parts is made to the substrate.
基材を簡単にSによって表現することにする。 Easily substrate to be expressed by S. そして層の構造は表面を左に基材を右にするような表記法によって示す。 The structure of the layer is indicated by notation such as the substrate in the right surface to the left. 【0021】 【従来の技術】水素を含む非晶質炭素被膜の密着性改善のためになされる一般的な手法として、基材と水素を含む非晶質炭素被膜との間に、様々な中間層を形成する方法が従来から試みられている。 [0021] As a general technique made for improving adhesion of the Related Art amorphous carbon film including hydrogen, between the amorphous carbon film comprising a substrate and hydrogen, various intermediate a method of forming a layer have been conventionally tried. Si、Geとは密着性が良いからSiやGeあるいはSiC、GeCなどの中間層が試みられ、それなりに成功している。 Si, because better adhesion to the Ge Si or Ge, or SiC, attempts intermediate layer such GeC, have succeeded in its own way. 実に多くの種類の金属、半金属、化合物の中間層が提案され枚挙に暇がない。 Indeed many types of metal, semi-metal, the intermediate layer of the compound have been proposed too numerous to mention. きりがないのでここでは一つだけ従来例を挙げる。 Because there is no cut only one conventional example in this case. 【0022】特開昭64−79372号「カーボン硬質膜の被覆方法」は、基材上に気相合成法によって炭化チタニウム(TiC)からなる中間層を被覆した後、気相合成法により、非晶質炭素被膜を形成する方法を提案した。 [0022] JP 64-79372 "coating method of a carbon hard film" is, after coating the intermediate layer made of titanium carbide (TiC) by vapor synthesis on a substrate, by a vapor phase synthesis method, non It proposed a method of forming a crystalline carbon coating. この非晶質炭素被膜というのはもちろん含水素炭素膜Bのことである。 It is of course that the water Motosumi Motomaku B because the amorphous carbon film. 表面側から順に含水素炭素膜B− Hydrous Motosumi Motomaku from the surface side in order B-
金属膜M−基材Sという構造をもっている。 It has a structure that the metal film M- substrate S. これを簡単に、BMSと書く事にする。 This is easy, to be written as BMS. この構造をもつものは多い。 Those with this structure are many. 【0023】特開平5−202477号「硬質炭素膜とその製造方法」は、非晶質炭素被膜の硬度を膜厚方向に変化させる方法を提案する。 [0023] Japanese Patent Laid-Open No. 5-202477 "hard carbon film and manufacturing method thereof", proposes a method of changing the hardness of the amorphous carbon film in the film thickness direction. 成膜の温度を低温から徐々に上げてゆく事によって炭素膜の硬度を低いものから高いものへと上げてゆく。 Yuku raised and to high lower the hardness of the carbon film By gradually raising the temperature of the film-forming from a low temperature. 硬度を徐々に上げることによって、被膜の応力を低減し、基材と被膜界面での応力の不整合を防止する。 By gradually increasing the hardness, reducing the stress of the film to prevent stress mismatch in substrate and a coating interface. それによって、密着力を改善する。 Thereby improving the adhesion.
基板温度を常温一定とする従来法では1μm以下の膜厚のものしかできないが、基板温度を常温から連続的に6 Can only the following thickness 1μm by the conventional method at a substrate temperature of room temperature constant, but continuously 6 the substrate temperature from room temperature
00℃まで上げつつ成膜すると30μmもの膜厚の非晶質炭素被膜が得られると述べている。 00 amorphous carbon film of 30μm ones thickness when deposited while raising up ℃ are stated to be obtained. これももちろん含水素炭素膜Bのことである。 This is also of course that of the water-containing Motosumi Motomaku B. これは簡単にBbSというように書く事ができよう。 This could be written easily and so BbS. bは低硬度の含水素炭素膜、 b low hardness of water Motosumi Motomaku,
Bは高硬度の含水素炭素膜のことである。 B is that the high hardness of the water Motosumi Motomaku. 【0024】特開2000−128516「低磨耗性と優れた密着性を有する複合ダイヤモンドライクカーボン皮膜」は、ピストンリング(基材)表面に、水素を含まないDLC層(無水素炭素膜A)をフィルタードカソード方式の真空アーク蒸着法により形成しそのまま製品とするか、あるいは無水素炭素膜Aを設け、その上に水素を含むDLC(含水素炭素膜B)をプラズマCVD法によって形成する。 [0024] JP 2000-128516 "composite diamond-like carbon coating having excellent adhesion and low abrasion" is a piston ring (substrate) surface, DLC layer containing no hydrogen (hydrogen-free carbon film A) filtered cathode type or a form as it is the product by a vacuum arc deposition method, or a hydrogen-free carbon film a provided, the DLC (hydrous Motosumi Motomaku B) containing hydrogen is formed thereon by a plasma CVD method. あるいはピストンリングの上にW膜を付け、その上に無水素炭素膜Aを形成し、更にその上に含水素炭素膜Bを形成するといっている。 Or with a W film on the piston ring, the hydrogen-free carbon film A is formed thereon, and said further forming a water Motosumi Motomaku B thereon. 先述の表記では、AS、BASあるいはBAMSである。 In the foregoing notation, AS, a BAS or BAMS. これが無水素炭素膜Aを実際に応用した最初の発明と思われる。 This is believed to the first invention of actual application of hydrogen-free carbon film A. 【0025】本発明の先行技術として最も近いものである。 [0025] are those closest as prior art to the present invention. それゆえ詳しく説明する。 Therefore it is described in detail. 従来例として含水素炭素膜Aを被覆したピストンリングは提案されているが密着性が不十分で被膜が剥離してしまうので普及しないと述べている。 Piston ring coated with hydrous Motosumi Motomaku A as a conventional example has been proposed, but the adhesion is stated that insufficient coating is not popular because peeled off. 噴射ポンプ弁座(基材)に、TiN、Ti The injection pump valve seat (base), TiN, Ti
C、TiB などを中間層として被覆し、その上にプラズマCVD法によって含水素炭素膜Bを形成したものも提案されているが、これも剥離して不十分だと言っている。 C, coated and TiB 2 as the intermediate layer, thereon has also been proposed that the formation of the hydrous Motosumi Motomaku B by the plasma CVD method, which is also to say that poor and peeling. そこで基材の上に、真空アーク蒸着法によって無水素炭素膜Aを形成し、その上にプラズマCVD法によって含水素炭素膜Bを形成するという非晶質炭素二重被膜構造を初めて提案した。 So on a substrate, forming a hydrogen-free carbon film A by vacuum arc deposition was first proposed amorphous carbon double coating structure that forms a water Motosumi Motomaku B by the plasma CVD method thereon. 無水素炭素膜Aを中間層として提案した最初のものである。 It is the first one that has been proposed a non-hydrogen carbon film A as an intermediate layer. 水素を含まない非晶質炭素被膜Aという概念を明らかにしている。 It reveals the concept of the amorphous carbon film A containing no hydrogen. また水素を含まない非晶質炭素被膜Aを製造する方法(フィルタードカソード)をも提案している。 Also it has proposed a method (Filtered cathode) to produce an amorphous carbon film A containing no hydrogen. 斬新な着眼である。 Is a novel paying attention. 実施例に示された層構造は表2の通りである。 Layer structure illustrated in the examples are shown in Table 2. 【0026】 【表2】 [0026] [Table 2] 【0027】ここで注意すべきことがいくつかある。 [0027] There are several things to note here. 1. 1. 一つは中間層2とした無水素炭素膜Aの膜厚が0. One thickness of the hydrogen-free carbon film A with an intermediate layer 2 is 0.
8μmというように厚いことである。 It is thicker and so on 8μm. 無水素炭素膜Aは真空アーク放電+フィルタードカソード法によって形成するが、これは生産性の低い方法でこのように厚い無水素炭素膜Aを形成するには時間がかかる。 Hydrogen-free carbon film A is formed by the vacuum arc discharge + the filtered cathode method, which is to form such a thick hydrogen-free carbon film A at a low productivity process is time-consuming. 【0028】2. [0028] 2. もう一つは反対に含水素炭素膜Bが1 Another is water Motosumi Motomaku B to 1 against
μmであって薄すぎるということである。 A μm is that too thin. 摺動特性に優れ低摩擦係数、平滑性に優れた硬質膜であるからもっと厚く付ける方が良いと思われる。 Low coefficient of friction excellent sliding properties, because it is excellent hard film smoothness is better to give thicker seems good. 【0029】3. [0029] 3. さらに含水素炭素膜Bの水素含有量が、0.17〜0.34at.%という低い値である。 Further hydrogen content of the water Motosumi Motomaku B is as low as 0.17~0.34at.%. このように水素含有量が低いと表面平滑性や低摩擦係数性という点で問題があろうと推測される。 The hydrogen content is a problem in that the lower surface smoothness and low friction coefficient of resistance is estimated that it allo As. 【0030】4. [0030] 4. 無水素炭素膜Aは原子団(ドロプレット)となって飛ぶから薄膜形成するとボコボコに粗面化するものであるが、これを避けるためフィルタードカソード法という新規で巧妙な手法を編み出している。 Hydrogen-free carbon film A is is to roughened shit when thin film formation from fly becomes atomic group (Doropuretto), it has devised clever techniques in new of the filtered cathode method to avoid this. 【0031】 【発明が解決しようとする課題】[先行技術、の問題点]先行技術として説明したもののうち、特開昭6 [0031] [Problems that the Invention is to Solve] [prior art, problems] among those described in the prior art, JP 6
4−79372号、特開平5−202477号は含水素炭素膜Bを基材に被覆するものである。 No. 4-79372, JP-A-5-202477 is intended to cover the water Motosumi Motomaku B to a substrate. これらはBM These are BM
S、BbS構造をもち、無水素炭素膜Aを全く含まない。 S, has a BbS structure, contains no free hydrogen carbon film A. 非常に高い面圧下で使用される機械部品や、切削工具、金型、あるいは乾式で用いられる摺動部品などに対して密着性が不十分である。 And mechanical components used in a very high surface pressure, cutting tools, dies, or adhesion to such sliding components used in dry is insufficient. だから繰り返し使用によって含水素炭素膜Bが剥離する。 So is water Motosumi Motomaku B is peeled off by repeated use. 高い面圧で使われる機械部品、金型、摺動部品には使えない。 Machine parts, molds used in high surface pressure, can not be used in sliding parts. 【0032】[先行技術の問題点]炭素を含まないD [0032] does not include the preceding problems of the technology] carbon D
LC層を中間層とするの方法についてはすでに幾つかの疑問点を述べた。 Already mentioned several questions about how to the LC layer and the intermediate layer. 無水素炭素膜Aが0.8μmもあって厚すぎる、含水素炭素膜Bが1μmであって薄すぎる、含水素炭素膜Bの水素量が0.17〜0.34at.% Hydrogen-free carbon film A is too thick there is also 0.8 [mu] m, water Motosumi Motomaku B is too thin a 1 [mu] m, the amount of hydrogen water Motosumi Motomaku B is 0.17~0.34at.%
で低すぎるということである。 In is the fact that at too low. 【0033】何といってもの最大の功績はフィルタードカソード方式の真空アーク蒸着法を用いているということである。 The greatest achievement of even what to say is that it uses a vacuum arc deposition of the filtered cathode method. 原子団塊として飛び付着し粗面化しやすい無水素炭素膜Aをフィルタードカソードによって平滑面として形成している。 Jumping adhesion roughened easily hydrogen-free carbon film A as atoms Nodules are formed as smooth surface by a filtered cathode. フィルタードカソードという新規な手法により無水素炭素膜Aの欠点を解決している。 It has solved the drawbacks of hydrogen-free carbon film A by a novel technique of the filtered cathode. ピストンリングの場合は、無水素炭素膜Aを表面とすることができると述べている。 If the piston ring, and said non-hydrogen carbon film A may be a surface. それほど無水素炭素膜Aの表面が平坦平滑で低摩擦係数だからである。 Is because low friction coefficient flat smooth surface of less hydrogen-free carbon film A. 【0034】フィルタードカソードはしかし成膜面積が狭く(膜厚偏在)、成膜速度が遅いという欠点がある。 [0034] The filtered cathode But the film formation area is narrow (film thickness uneven distribution), the film formation rate and there is a drawback that slow.
だから生産性が低く量産に向かないという難点がある。 So productivity is there is a disadvantage that is not suitable for mass production low.
さらに含水素炭素膜Bが薄い(1μm)し水素含有量が低い(0.17〜0.34at.%)ので摩擦係数(0. Further water Motosumi Motomaku thin B (1 [mu] m) and low hydrogen content (0.17~0.34at.%) The friction coefficient (0.
2)が十分に低くならない。 2) it is not sufficiently low. また平滑性でも問題がある。 Also there is a problem in smoothness. 特にエンジンオイル雰囲気での摩擦係数の低減が不十分である。 In particular the reduction of the friction coefficient of the engine oil atmosphere is insufficient. 【0035】[フィルタードカソード法]真空アーク放電+フィルタードカソードによって無水素炭素膜Aを平坦面に形成したのはの功績である。 [0035] was formed on the flat surface of the hydrogen-free carbon film A by [a filtered cathode Method] vacuum arc discharge + the filtered cathode is credited. 巧妙な手法であるが効率悪く時間の掛かる方法で高コストを招く。 Is a clever scheme but leading to high costs in a way that consuming inefficiently time. 常套の手法でなく新規な方法であるからに現れたフィルタードカソード法を説明する。 Explaining the filtered-cathode method that appeared to because it is a novel method instead of the conventional technique. 従来例の図4にのフィルタードカソードを有する装置の図を示す。 It shows a diagram of a device with a filtered-cathode of Figure 4 of the prior art. 【0036】真空チャンバ内部にサセプタを設け基材を取り付ける。 The attachment of the vacuum chamber interior susceptor provided in the substrate. これと離れて直角の方向にイオンソースを設ける。 At the provided ion source in a direction perpendicular away. イオンソースはカソードとして固体炭素をのものを用いる。 Ion source used as the solid carbon as the cathode. カソードの前方にサセプタはなく、サセプタの前方にカソードがない。 Not susceptor in front of the cathode, there is no cathode in front of the susceptor. リング状アノードを固体炭素(カソード)より前方に離れた部分に設ける。 Providing a ring-shaped anode portion that is spaced forwardly from the solid carbon (cathode). 固体炭素カソードの前にイグニッション(点火装置)を設ける。 Before solid carbon cathode is provided an ignition (ignition device). アノードとサセプタの方向は90度ねじれている。 The direction of the anode and the susceptor is twisted by 90 degrees.
アノードとサセプタの間の1/4円周にそって半径Rの1/4円弧形状に湾曲した筒状のマクロパーティクルフィルターを設ける。 Along the quarter circle between the anode and the susceptor providing a tubular macro particle filter curved in a quarter circular arc shape of radius R. マクロパーティクルフィルターの周りにはマグネットコイルを幾つも設ける。 Around the macro particle filter the magnet coil number also be provided. コイルに直流を流して円弧状彎曲路にそった静磁場を発生させるようになっている。 It adapted to generate a static magnetic field along an arc-shaped curved path by flowing direct current in the coil. 質量分離コイルのように扇形磁石によって円弧状彎曲路に直交する磁場を発生させるのではない。 Not to generate a magnetic field perpendicular to the arc-shaped curved path by sector magnet as mass separation coils. 【0037】イグニッションとカソードの間に直流電圧をかけてアーク放電を起こす。 [0037] causing an arc discharge by applying a DC voltage between the ignition and the cathode. アーク放電によって固体炭素が溶融し蒸発する。 Solid carbon is melted and evaporated by the arc discharge. 蒸発したものは中性であるが共有結合が強いから炭素原子までに分離しないで中性原子団となる。 Although evaporated thing is neutral the neutral atomic not separate until carbon atoms because strong covalent bonds. アノードとカソードの間に直流電圧がかかっており、アーク放電も存在する。 Between the anode and the cathode and takes a DC voltage, also exists arcing. アーク放電のために中性原子団のごく一部が単独原子の炭素イオンC あるいは数個の原子のイオンC 、…になる。 Ion C 2 + small portion of the carbon ions C + or several atoms of a single atom of the neutral atomic group for arc discharge, become ... to. 中性原子団は磁場の影響を受けず直進するから中心角90度の円弧状彎曲路を通過できない。 Neutral atomic group can not pass through the arc-shaped curved path having a central angle of 90 degrees from straight without being affected by the magnetic field. 壁に当たって壁に付く。 Attached to the wall hit the wall. 【0038】単独原子の炭素イオンC だけが円弧状彎曲路の彎曲に沿う静磁場によって運ばれて90度曲がりサセプタの上の基材の上まで飛ぶ。 [0038] flies only carbon ions alone atom C + is to the top of the arc-shaped curved path substrate on the susceptor bend 90 degrees carried by the static magnetic field along the curvature of. これが低温(常温) This is a low temperature (room temperature)
の基材に当たり電荷を失って基材上に順次堆積する。 Sequentially deposited on the lost charge substrates Upon the substrate. 単独原子になっているから、これが基材上につもると団塊にならず平滑平坦面になる。 Because it becomes single atom, which is smooth flat face not become Nodules when piled up on the substrate. 無水素炭素膜Aを平坦に堆積させる巧みな手法である。 It is a clever approach to flatly deposited hydrogen free carbon film A. 無水素炭素膜Aだから密着性は良い。 Hydrogen-free carbon film A so adhesion is good. 【0039】円弧状彎曲路はアノードからの長さをsとしアノードを原点としたxyz座標系で【0040】 x=Rsin(s/R) (1) y=R{1−cos(s/R)} (2) (0≦s≦πR/2) 【0041】となる。 The arc-shaped curved path [0040] In the xyz coordinate system for the length of the anode was the origin of the anode and s is x = Rsin (s / R) (1) y = R {1-cos (s / R )} becomes (2) (0 ≦ s ≦ πR / 2) [0041]. s=0はアノードの彎曲路入口、 s = 0 the anode of the curved path inlet,
s=πR/2は彎曲路出口である。 s = πR / 2 is the curved road exit. 彎曲路を囲むコイルが作る静磁場は、質量分離(Bx=0、By=0、Bz Static magnetic field coils make surrounding the curved path, mass separation (Bx = 0, By = 0, Bz
=const)とは違って、彎曲に沿っており、 【0042】Bx=Bcos(s/R) (3) By=Bsin(s/R) (4) Bz=0 (5) 【0043】である。 = Unlike const), is along the curved, is the [0042] Bx = Bcos (s / R) (3) By = Bsin (s / R) (4) Bz = 0 (5) [0043] . 経路にそっていることは、 【0044】Bxdy=Bydx (6) 【0045】が成り立つことからわかる。 That along the path, [0044] Bxdy = Bydx (6) [0045] can be seen from the fact that the holds. 荷電粒子は磁力線に巻き付きながらサイクロトロン運動する。 The charged particles are cyclotron motion while wound around the magnetic field lines. イオンは磁力線の回りを螺旋運動し彎曲を辿りながらsの方向に進む。 C + ions proceeds in the direction of s while following a spiral motion tortuous around the magnetic field lines. 螺旋運動と彎曲運動の2重の回転をしながら炭素イオンC が彎曲路を通り抜ける。 + Carbon ions C passes through the curved path while the rotation of the double spiral motion and curved movement. 中性原子団や中性の単独原子は電荷がないから彎曲を通過できない。 Alone atoms neutral atomic or neutral can not pass through the curved because no charge.
団塊のイオンC があったとしても質量に比べ磁場のかかりが弱いから壁に衝突する。 Takes the magnetic field as compared to the mass Even ion C m + is baby boom strikes the wall weaker. 単体のイオンC だけが彎曲を通過できる。 Only single ion C + to pass through the curved. だけを選択通過させる作用がある。 C + only has the effect of selectively pass. だからマクロパーティクルフィルターというのである。 So it is because the macro particle filter. 【0046】以上に述べたものは幾何学的な条件にすぎない。 [0046] those described above are not only geometric conditions. 運動学的にはそれ以上の条件が必要であることが分かる。 It is understood by kinematically is necessary that the above conditions. 通常のBzによる質量分離よりも複雑な運動条件となる。 Than the mass separation by conventional Bz becomes complicated motion condition. 炭素イオンの質量をM、電荷をq、円周方向の速度(主速度)をw(ds/dt=w)、円周からずれる方向の速度をvとする。 The mass of carbon ions M, and the electric charge q, the circumferential velocity (main speed) and w (ds / dt = w), the direction of the velocity deviates from the circumference and v. 円周からずれる方向の速度vを、サイクロトロン周波数Ωで割ったものが螺旋運動の半径rを与える。 The direction of the velocity v deviates from the circumference, divided by the cyclotron frequency Ω will give the radius r of the spiral motion. 【0047】Ω=qB/M (7) 【0048】螺旋運動の半径rは【0049】rΩ=v (8) 【0050】である。 [0047] The radius r of Ω = qB / M (7) [0048] spiral movement is a [0049] rΩ = v (8) [0050]. アーク放電によって固体炭素から炭素イオンが生成されるから揺らぎ方向の速度vをもつが、これは一定値でなく確率変数である。 Although with fluctuations direction of the velocity v from carbon ions from a solid carbon by arc discharge is generated, which is a random variable rather than a constant value. 円周方向の速度wはアノード・カソード間の電圧によって与えられるが一義的には決まらない。 Speed ​​circumferential w is given by the voltage between the anode and the cathode is not uniquely determined. 円弧状彎曲路の内径をρとすると、 【0051】r<ρ (9) 【0052】でなければ、炭素イオンは彎曲路を通過できず壁に当たってしまう。 When the inner diameter of arcuate curved path and [rho, [0051] r <ρ (9) [0052] Otherwise, carbon ions would hit the wall can not pass through the curved path. Ωをある程度大きくしなければならない。 It must be increased to some extent the Ω. Ωが大きいためには磁束密度Bを大きくし質量Mを小さくしなければならない。 Ω must reduce the mass M to increase the magnetic flux density B is to big. vが確率変数なのでvの有効最大値に対して式(9)を満たすようにΩを決める必要がある。 v it is necessary to determine the Ω to satisfy equation (9) with respect to the effective maximum value of Since random variables v. それだけでなく、運動学的に遠心力より磁場のファラディ力が優越するという条件も課される。 Not only that, Faraday force kinematically magnetic field than the centrifugal force is imposed also condition that superiority. 【0053】Mw /R<Bqv (10) 【0054】これが運動学的条件である。 [0053] Mw 2 / R <Bqv (10 ) [0054] This is the kinematic conditions. 円周螺旋と直交する速度vが確率変数であることがフィルタードカソードの運動の解析を確率的なものにする。 It is an analysis of the filtered-cathode motion in stochastic what speed v is orthogonal to the circumferential helix are random variables. このような様々の条件を満たすものが彎曲路を通過して基材に到達できる。 Such various conditions are satisfied as to reach the substrate through the curved path. このような条件を満足するためには、円周方向の磁束密度Bがかなり大きくて、炭素イオン質量Mが小さく、円周方向の速度wが小さくて、確率変数速度vがかなり大きいということが必要である。 To satisfy such conditions, it is quite large circumferential direction of the magnetic flux density B, smaller carbon ion mass M, a small circumferential velocity w, the random variable speed v that is quite large is necessary. これらは極めて厳しい条件を炭素イオンに課す事になる。 These will be imposed very stringent conditions to the carbon ions. 【0055】アーク放電によって固体炭素が、中性原子団と原子団イオン、単体イオンなどになる。 [0055] Solid carbon by arc discharge, a neutral atomic and atomic ions, such as to a single ion. アーク放電自体はイオン化の作用をあまり持たないから中性原子団C が最も多い。 Arc discharge itself is most often neutral atomic C m do not less have the effect of ionization. これらは無駄になる。 It is wasted. 複数の炭素原子のイオンC は上述の条件を満たすことができないからやはり壁にぶつかって浪費される。 Ion C m + is a plurality of carbon atoms are wasted collides with the still walls not possible above conditions are satisfied. 単体イオンC も全てが有効ということではなくて、vが大きくwが小さいという条件がいる。 All unitary ions C + also is not that effective, v there are conditions that the larger w is small. vはv=0が可能な確率変数だから、上の条件を満たさないものもある。 v Because the v = 0 is capable of random variables, there are also those that do not meet the conditions of the above. 【0056】ということは、アーク放電によって炭素の気体が生成されても、その内の極極僅かな部分しか基材まで到達できないということである。 [0056] That means, be generated gas carbon by arc discharge, it is that it does not reach up to only substrate very, very small part of them. つまり成膜の速度が遅い。 This means that the speed of film formation is slow. 炭素材料の殆どが浪費される。 Most of the carbon material is wasted. アーク放電を強めても基材での成膜速度をなかなか上げることができない。 It can not be increased very much the film deposition rate in substrate strengthen the arc discharge. 本質的に生産性の悪い手法である。 It is a bad technique inherently productivity. 材料消耗の激しい高コスト方法である。 It is an intense high-cost method of material consumption. よほど高額の商品にしか適用することができない。 It can not be compelling applied only to expensive goods. 【0057】それだけではない。 [0057] not only that. 磁力線にまといついて螺旋運動して折角基材まで到達した炭素イオンC が基材面上で一様でない、という欠点もある。 Reached carbon ions C + is not uniform on the substrate surface to much trouble base material was spirally clings to the magnetic field lines, there is also a disadvantage. 円弧状彎曲路の半径をρとして、円弧状中心軸線からの距離rが小さいものは磁力線随伴螺旋の条件を満足して壁にぶつからないが、rが大きいと同じvでも管壁にぶつかってしまう。 As the radius of the arc-shaped curved path [rho, those distance r from the arcuate center axis is small but does not hit the wall satisfies the condition of magnetic field lines associated spiral, would hit the same v even pipe wall when r is large . だから円弧状彎曲路を出てきた炭素イオンC はガウス分布で近似すると中心に(r=0)極大をもち標準偏差σのごく小さい分布となる。 So carbon ions emerging arcuate curved path C + is the minimal distribution of the center is approximated by a Gaussian distribution (r = 0) the standard deviation has a maximum sigma. 【0058】つまり基材の中心部だけに無水素炭素膜A [0058] That is hydrogen-free carbon film A only in the center portion of the substrate
の厚い層ができ周辺部は薄い層になってしまう。 The peripheral portion can be thick layer becomes a thin layer. 円弧状磁束密度Bの作用によってイオンを円弧にそったサイクロトロン運動をさせて基材まで運ぶという複雑なことをしているからこのような中心偏在の分布になってしまうのである。 By the action of the arc-shaped magnetic flux density B is to become the distribution of such centers ubiquitous because by that complex that carries up base by a cyclotron motion along an ion in an arc. 特に式(10)が確率変数に依存した輸送の困難性を物語っている。 Particularly formula (10) is testimony to difficulties of transport depending on the random variables. 【0059】従来例が、時間を掛けて800nmもの極めて厚い無水素炭素膜Aを形成している理由はここにある。 [0059] conventional example, the reason for the formation of very thick hydrogen-free carbon film A as 800nm ​​over time is here. フィルタードカソードによると中心部と周辺部の厚みの差が大きいから周辺部の全体を無水素炭素膜Aで覆うためには中心部厚さを800nmといった極めて厚大なものにしなければならないのである。 It should I very Atsudai ones such 800nm ​​the center thickness to cover the whole of the hydrogen-free carbon film A of the peripheral portion from a large difference in the thickness of the central portion and the peripheral portion according to a filtered cathode . 【0060】低生産性、膜厚偏在というフィルタードカソードの欠点を述べた。 [0060] low productivity, said the filtered-cathode of the drawback of the film thickness uneven distribution. 無水素炭素膜Aを機械部品、工具、金型など大型の被処理物に被覆するためにフィルタードカソード法を使うのは望ましくない。 Is undesirable to use a filtered-cathode method for coating a non-hydrogen carbon film A machine parts, tools, the object to be processed a large mold or the like. フィルタードカソードを使わずに無水素炭素膜A層を形成できるのでなければ無水素炭素膜Aを有効に利用することはできない。 Filtered cathode can not be utilized effectively for the unless hydrogen-free carbon film A can form a hydrogen-free carbon film A layer without using. 【0061】高密着性、高硬度、低摩擦係数、高平滑性で摺動特性に優れた非晶質炭素被膜を提供することが本発明の第1の目的である。 [0061] High adhesion, high hardness, low friction coefficient, a first object of the present invention to provide an amorphous carbon film having excellent sliding characteristics at high smoothness. 低コストで量産性に富んだ高密着性、高硬度、低摩擦係数の非晶質炭素被膜の製造方法を提供することが本発明の第2の目的である。 High adhesion rich in mass production at low cost, high hardness, is to provide a method for producing an amorphous carbon film of low friction coefficient, which is a second object of the present invention. 高密着性、高硬度、低摩擦係数、高平滑性で摺動特性に優れた非晶質炭素被膜を有する工具、機械部品、金型を提供することが本発明の第3の目的である。 High adhesion, high hardness, low coefficient of friction, tool having an amorphous carbon film having excellent sliding characteristics at high smoothness, mechanical parts, a third object of the present invention to provide a mold. 【0062】 【課題を解決するための手段】[1. [0062] In order to solve the problems] [1. BAS構造(図1)]本発明の第1の非晶質炭素被膜は、図1に示すように基材Sの上に0.5nm〜200nmの薄い無水素炭素膜Aを形成し、その上に水素含有量が5at.%〜25 BAS structure (Fig. 1)] The first amorphous carbon film coating of the present invention forms a thin hydrogen-free carbon film A having 0.5nm~200nm onto a substrate S, as shown in FIG. 1, on which hydrogen content 5at to.% to 25
at.%であり厚みが無水素炭素膜Aの2倍〜1000倍の厚みを持つ含水素炭素膜Bを設けたものである。 at.% and have a thickness is provided with a water-containing Motosumi Motomaku B with 2 to 1000 times the thickness of the hydrogen-free carbon film A. 前述の表現ではBAS構造である。 In the above expression is a BAS structure. 無水素炭素膜Aはフィルタードカソードを使わない真空アーク蒸着法或いはスパッタリング法で形成する。 Hydrogen-free carbon film A is formed by a vacuum arc deposition method or a sputtering method without Filtered cathode. 含水素炭素膜Bもスパッタリング或いは真空アーク蒸着法で形成する。 Water Motosumi Motomaku B is also formed by sputtering or vacuum arc deposition. 【0063】 【表3】 [0063] [Table 3] 【0064】[2. [0064] [2. BAMS構造(図2)]本発明の第2の非晶質炭素被膜は、図2に示すように基材Sの上に、0.5nm〜30nmのV、Cr、Fe、Co、H BAMS structure (Fig. 2)] The second amorphous carbon film of the present invention, onto a substrate S as shown in FIG. 2, V of 0.5nm~30nm, Cr, Fe, Co, H
f、Ni、Cu、Zr、Nb、Ta、Mo、W、Pd、 f, Ni, Cu, Zr, Nb, Ta, Mo, W, Pd,
Pt、Ti、Al、Pbの内の一種以上の金属元素層あるいはその元素の炭化物層を設け、その上に0.5nm Pt, Ti, Al, provided a carbide layer of at least one metallic element layer or the elements thereof of the Pb, 0.5 nm thereon
〜200nmの薄い無水素炭素膜Aを形成し、その上に水素含有量が5at.%〜25at.%であり厚みが無水素炭素膜Aの2倍〜1000倍の厚みを持つ含水素炭素膜Bを設けたものである。 Forming a thin hydrogen-free carbon film A having to 200 nm, water Motosumi Motomaku hydrogen content thereon the thickness is 5at.% ~25at.% With 2 to 1000 times the thickness of the hydrogen-free carbon film A it is provided with a B. 前述の表現ではBAMSとなる構造である。 In the above expression is a structure comprising a BAMS. 無水素炭素膜Aはフィルタードカソードを使わない真空アーク蒸着法或いはスパッタリング法で形成する。 Hydrogen-free carbon film A is formed by a vacuum arc deposition method or a sputtering method without Filtered cathode. 含水素炭素膜Bもスパッタリング或いは真空アーク蒸着法で形成する。 Water Motosumi Motomaku B is also formed by sputtering or vacuum arc deposition. 金属元素層・炭化物層はスパッタリング法あるいは真空アーク蒸着法によって形成する。 Metal element layer-carbide layer is formed by sputtering or vacuum arc deposition. 【0065】 【表4】 [0065] [Table 4] 【0066】本発明者は、成膜速度が遅く量産性に乏しいフィルタードカソードを用いなくても、無水素炭素膜Aを非常に薄く形成することによって凹凸は低くなり粗面化の問題を回避できることに気付いた。 [0066] The present inventors, even without using a poor filtered-cathode late mass production deposition rate, avoiding irregularities of becomes roughened lower problem by very thin form non-hydrogen carbon film A I noticed that you can. 0.5nm〜 0.5nm~
200nmの極薄い無水素炭素膜Aを基材の上、あるいは基材上の金属層(炭化物層)の上に形成するようにする。 On a very thin hydrogen-free carbon film A of 200nm of the substrate, or to be formed on the metal layer on the substrate of (carbide layer). さらに、薄い無水素炭素膜Aの上にそれより2倍以上厚い含水素炭素膜Bを設けることにより無水素炭素膜Aの粗面凹凸の影響が表面に現れないようにできるということも分かった。 Further, thin effect of the rough surface unevenness of hydrogen-free carbon film A by providing it more than twice or more thicker hydrous Motosumi Motomaku B on the hydrogen-free carbon film A was also found that it to not appear on the surface . 含水素炭素膜Bの水素含有量を5〜 5 the hydrogen content of the water-containing Motosumi Motomaku B
25at.%とすれば低摩擦係数であって平滑面が得られることが分かった。 25 at.% Tosureba a low coefficient of friction was found that the smooth surface can be obtained. 25at.%以上になると、被膜硬度が柔らかくなり、耐摩耗性が実用に耐えられないレベルとなる。 When 25at becomes.% Or more, the film hardness becomes soft, the level of wear resistance can not withstand practical use. 【0067】無水素炭素膜Aは基材や金属層とも含水素炭素膜Bとも密着できる。 [0067] No hydrogen carbon film A may contact with the substrate and the metal layer with water Motosumi Motomaku B. これによって含水素炭素膜B This water Motosumi Motomaku B
の剥離を防止できる。 Peeling can be prevented of. 含水素炭素膜Bによって高硬度、 High hardness by water Motosumi Motomaku B,
低摩擦係数、潤滑性の優れた被膜が得られる。 Low coefficient of friction, lubricity excellent coating is obtained. 密着性向上という無水素炭素膜Aの特性と、低摩擦係数、潤滑性という含水素炭素膜Bの特性が相補的に働いて、密着性、高硬度、低摩擦係数、高潤滑性の非晶質炭素被膜となる。 And characteristics of the hydrogen-free carbon film A of improving adhesion, low coefficient of friction, properties of water Motosumi Motomaku B that lubricity is worked complementary, adhesion, high hardness, low coefficient of friction, high lubricity of amorphous the quality carbon coating. 【0068】また、V、Cr、Fe、Co、Hf、N [0068] In addition, V, Cr, Fe, Co, Hf, N
i、Cu、Zr、Nb、Ta、Mo、W、Pd、Pt、 i, Cu, Zr, Nb, Ta, Mo, W, Pd, Pt,
Ti、Al、Pbの中から選ばれた少なくとも一種の元素或いはその炭化物からなる0.5nm〜30nmの層を基材上に形成し、その上に無水素炭素膜Aと含水素炭素膜Bを形成すると、非晶質炭素被膜(含水素炭素膜B)の密着性をさらに向上できるということも見出した。 Ti, Al, at least one element or layer of 0.5nm~30nm consisting carbide thereof selected from among Pb formed on the substrate, and a hydrogen-free carbon film A on their water Motosumi Motomaku B the formation was also found that the adhesion of the amorphous carbon film (water Motosumi Motomaku B) can be further improved. 【0069】 【発明の実施の形態】本発明の非晶質炭素被膜(BA [0069] PREFERRED EMBODIMENTS amorphous carbon film of the present invention (BA
S、BAMS)は、基材S上に0.5nm〜30nmの金属膜を設けるか、或いは金属膜なしで基体Sの上に0.5nm〜200nm厚みの無水素炭素膜Aをフィルタードカソードを使わない方法で形成し、その上に水素原子を5at.%〜25at.%有する含水素炭素膜Bを設けてなる。 S, BAMS) either providing a metal film 0.5nm~30nm on the substrate S, or the filtered-cathode-free hydrogen carbon film A of 0.5nm~200nm thickness on a substrate S without metal film formed by a method that does not use, formed by providing a water Motosumi Motomaku B having 5at.% ~25at.% hydrogen thereon. 基体S、無水素炭素膜A、金属膜M、含水素炭素膜Bをこの順に説明する。 Substrate S, hydrogen-free carbon film A, is described metal film M, a water Motosumi Motomaku B in this order. 【0070】[1. [0070] [1. 基体S]低摩擦係数、耐摩耗性、潤滑性、高摺動特性が要求される金属、絶縁体などが基体となる。 Substrate S] low coefficient of friction, wear resistance, lubricity, metal high sliding characteristics are required, and the insulator becomes the substrate. 基体の形態を例示すると次のようである。 To illustrate the form of the substrate is as follows. 【0071】ア. [0071] A. 内燃機関の動弁系部品(シム、タペット、カム、シリンダライナー、ピストン)表面、燃料噴射ポンプのプランジャー。 Valve train components for an internal combustion engine (Sim, tappets, cams, cylinder liners, piston) surface, the fuel injection pump plunger. イ. B. 半導体製造装置の搬送部品(アーム、ガイド) ウ. The transport members of the semiconductor manufacturing device (arm, guide) c. 加工用金型内面エ. Processing mold the inner surface d. 工具…切削工具、バイトなど【0072】本発明で用いる基材の材質は金属、絶縁体など硬質の材料であれば何でも良い。 Tools: cutting tool, the material of the base material used in bytes, etc. [0072] The present invention metal, may be any of a hard material such as an insulating material. 【0073】オ. [0073] Oh. セラミック…窒化珪素、窒化アルミニウム、アルミナ、ジルコニア、炭化珪素などカ. Ceramic ... silicon nitride, aluminum nitride, alumina, zirconia, mosquitoes such as silicon carbide. 鉄系合金…高速度鋼、ステンレス鋼、SKDなどキ. Iron-based alloy ... high-speed steel, stainless steel, such as SKD key. アルミニウム合金ク. Aluminum alloy click. 鉄系焼結体ケ. Iron-based sintered body Ke. 超硬合金…タングステンカーバイド(WC) コ. Cemented carbide ... tungsten carbide (WC) co. ダイヤモンド焼結体サ. Diamond sintered body support. 立方晶窒化ホウ素焼結体【0074】[2. Cubic boron nitride sintered body [0074] [2. 金属膜M]基材Sの上に直接に無水素炭素膜Aを形成することもできるが、基体Sの上に金属膜、或いは金属炭化物膜を形成してその上に無水素炭素膜Aを設けることもできる。 It can also be formed directly on the non-hydrogen carbon film A on top of the metal film M] substrate S, a metal film on the substrate S, or a metal carbide film formed by a hydrogen-free carbon film A thereon It can also be provided. この金属膜、金属炭化物膜の膜厚は0.5nm〜30nm程度である。 The metal film, the thickness of the metal carbide film is approximately 0.5Nm~30nm. 【0075】ここで金属膜というのは、V、Cr、F [0075] because here in the metal film, V, Cr, F
e、Co、Hf、Ni、Cu、Zr、Nb、Ta、M e, Co, Hf, Ni, Cu, Zr, Nb, Ta, M
o、W、Pd、Pt、Ti、Al、Pbの何れか1種以上のものを指す。 It refers o, W, Pd, Pt, Ti, Al, those of any one or more of Pb. 炭化物というのはこれらの炭化物である。 Because carbide It is these carbides. 炭化物の組成比は化学量論比(Stoichiometric)である必要はない。 The composition ratio of carbide need not be stoichiometric (stoichiometric). また組成比を求めることは難しいし組成比は大して重要でなく、化学量論比を有している必要はない。 Further to it is difficult to determine the composition ratio composition ratio is not much important, it is not necessary to have a stoichiometric ratio. これらの層の上に炭素膜を形成したり、炭素中で形成するので自然に一部は炭化物になる。 Or forming a carbon film on these layers, will carbide part naturally because it forms in the carbon. だから金属層と金属炭化物層を区別する必要もない。 So there is no need to distinguish between the metal layer and the metal carbide layer. 【0076】[3. [0076] [3. 無水素炭素膜A]基体Sの上に直接に、或いは金属膜Mの上に無水素炭素膜Aを設ける。 Directly on the hydrogen-free carbon film A] substrate S, or providing a hydrogen-free carbon film A on top of the metal film M. 無水素炭素膜A(水素原子を含有していない非晶質炭素被膜)というのは、成膜に単体炭素を用い被膜内部には、 Because hydrogen-free carbon film A (amorphous carbon film not containing hydrogen) is, inside the film using a single carbon deposition,
「不可避の水素」のみしか含まれない被膜を意味する。 It means a film that is not only contains only "inevitable of hydrogen".
炭化水素ではなく炭素単体を原料とする。 A raw material carbon alone rather than hydrocarbons. 炭素固体を原料として雰囲気ガスとして水素を用いない。 Without using hydrogen as the atmosphere gas carbon solids as a raw material. だから水素を含まない非晶質炭素被層となる。 So the amorphous carbon under the layer containing no hydrogen. 【0077】「不可避の水素」というのは次のようなものである。 [0077] By "inevitable of hydrogen" is as follows. 成膜を同一装置で繰り返すと、真空槽内壁および基板ホルダー、回転テーブルなどに炭化水素の分解物が付着する。 Repeated deposition in the same apparatus, the vacuum chamber inner wall and the substrate holder, the decomposition products of such hydrocarbon turntable is attached. これらの分解物が、無水素炭素膜Aを成膜しているときにエッチングされて、気体となり無水素炭素膜A内に混入する場合がある。 These decomposition products, are etched while forming a hydrogen-free carbon film A, which may be mixed into the hydrogen-free carbon film A becomes gaseous. このように生産上混入を避けることができない水素を「不可避の水素」という。 In this way the hydrogen that can not avoid the production on the contamination to as "inevitable of hydrogen". 【0078】このような不可避の水素は、その含有率が(=水素原子数/(水素原子数+炭素原子数))0以上5at.%未満である。 [0078] Hydrogen such unavoidable, its content (= hydrogen atoms / (number of hydrogen atoms + number of carbon atoms)) is less than 0 or more 5at.%. 真空槽内壁、装置の清掃などによって不可避水素を減らすようにするのが望ましいのは言うまでもない。 Vacuum chamber inner wall, is of course desirable to reduce the unavoidable hydrogen, such as by cleaning the equipment. 注意すれば0.1at.%未満にすることは容易である。 If Note be less than 0.1 at.% It is easy. 【0079】無水素炭素膜Aを基体Sの上に設けると薄くても密着性を格段に増強することができる。 [0079] The provided over the thin but adhesion hydrogen-free carbon film A the substrate S can be enhanced remarkably. また薄い方が粗面にならず平坦に近くなる。 The flat is close not thin it is a rough surface. 無水素炭素膜Aを薄くすることによって粗面化を防ぐというのが本発明の着想の中心である。 Because prevent roughening by reducing the hydrogen-free carbon film A is the center of the idea of ​​the present invention. フィルタードカソード法を使わず炭素固体を蒸発させ中性炭素の形態で基体へ飛ばすとしても膜厚が薄い間は凹凸は低く平坦面に近い。 During the film thickness even skip to the substrate the carbon solids without using the filtered cathode method in a neutral carbon evaporated is thin irregularities is close to a flat surface low. 膜厚が増えるに従って凹凸隆起陥没などの高低差が増加し粗面化が著しくなる。 Roughening height difference increases, such as uneven ridge depressions is considerably as the film thickness increases. 【0080】フィルタードカソードを用いず真空アーク蒸着法やスパッタリング法で中性炭素原子団の形態で飛ばしても膜厚が薄い場合無水素炭素膜Aの表面粗さは小さい。 [0080] The surface roughness of the filtered if the cathode in a vacuum arc deposition or sputtering without using a film thickness can skip in a neutral carbon atom group is thin hydrogen-free carbon film A is small. 無水素炭素膜Aの表面粗さを低減するためは、無水素炭素膜Aの厚さは薄い方が望ましい。 To reduce the surface roughness of the hydrogen-free carbon film A, the thickness of the hydrogen-free carbon film A thin is desirable. が、薄すぎると密着力が確保されない。 But the adhesion is not ensured and too thin. 0.5nmあれば基体全面に無水素炭素膜Aが付着し全面で密着性が増大する。 0.5nm hydrogen-free carbon film A on the substrate whole surface increases the adhesion to the entire surface adhesion, if any. 厚く付ける必要はなく、無水素炭素膜Aの平坦性を得るためには薄い方がよい。 It is not necessary to put thick, in order to obtain the flatness of the hydrogen-free carbon film A good thinner is. フィルタードカソードを使わない方法で無水素炭素膜Aを形成した場合、膜厚が200nm When forming a hydrogen-free carbon film A in a way that does not use a filtered cathode, the thickness is 200nm
を越えると粗面化が著しくなる事が分かった。 The exceeding the roughening was found that a marked. 【0081】200nmを越えるとやはりフィルタードカソードを用いないと平坦な無水素炭素膜Aは形成できないようである。 [0081] exceeds 200nm when still flat hydrogen-free carbon film A Without using the filtered cathode is can not be formed. 中性炭素を飛ばす方法で無水素炭素膜Aを形成する場合膜厚は100nm以下が望ましい。 Thickness when forming a hydrogen-free carbon film A in the method to skip the neutral carbon less is preferable 100 nm. 1
00nm〜200nmでも最上層の含水素炭素膜Bを厚くすると下地の凹凸が隠れるから使える。 When 00nm~200nm even to increase the thickness of the top layer of water Motosumi Motomaku B available from the unevenness of the base is hidden. だから無水素炭素膜Aの膜厚の範囲は0.5nm〜200nmである。 So the thickness of the hydrogen-free carbon film A range is 0.5 nM to 200 nM. 特に良いのは5nm〜100nmの膜厚範囲である。 Especially good is the film thickness range of 5nm~100nm. 【0082】無水素炭素膜Aの形成には、フィルタードカソードのない真空アーク蒸着法、スパッタリング法を用いる。 [0082] The formation of hydrogen-free carbon film A is a filtered cathode without vacuum arc deposition method, a sputtering method. フィルターを有しない真空アーク蒸発源を用いると無水素炭素膜Aがより粗くなると思われようが薄ければそれほどでもない。 It will appear to a vacuum arc evaporation source having no filter and no hydrogen carbon film A becomes coarser but less so if thin. 無水素炭素膜Aを薄くすることによって実使用時に問題とならないレベルまで無水素炭素膜Aの粗さを低減することができる。 To a level that no problem in actual use by reducing the hydrogen-free carbon film A can reduce the roughness of the hydrogen-free carbon film A. 【0083】無水素炭素膜Aはフィルタードカソードを使わないで形成するということが本発明のもう一つのポイントである。 [0083] No hydrogen carbon film A is another point of it is the present invention that form without Filtered cathode. フィルタードカソードについては先ほど説明したので述べないが、無水素炭素膜A表面を粗面化させず平滑にできるという利点があるが、生産性低く原料の無駄が著しく経済性におとり膜厚不均一という欠点がある。 Although for the filtered cathode not described because just described has the advantage of a hydrogen-free carbon film A surface roughened without it smooth, the film thickness nonuniformity bait waste significantly economical productivity low raw material there is a drawback. 本発明はそのような欠点とは無縁だということになる。 The present invention is made to the fact that it is free from such drawbacks. 【0084】[4. [0084] [4. 含水素炭素膜B]無水素炭素膜Aの上には、炭化水素ガスを原料とするか、水素ガス雰囲気で固体炭素を原料として5at.%〜25at.%の水素を含む含水素炭素膜Bを無水素炭素膜Aの2倍〜1000倍の厚みに生成する。 On the water Motosumi Motomaku B] No hydrogen carbon film A is either a hydrocarbon gas as a starting material, water Motosumi Motomaku B containing 5at.% ~25at.% Hydrogen solid carbon as a raw material in a hydrogen gas atmosphere the generating the 2 to 1000 times the thickness of the hydrogen-free carbon film a. 含水素炭素膜Bが最表面となる。 Hydrous Motosumi Motomaku B becomes the outermost surface. 含水素炭素膜Bの厚みをd として、無水素炭素膜Aの厚みをd とすると、 【0085】2d ≦d ≦1000d 【0086】とするが、表面に露出する含水素炭素膜B The thickness of the water-containing Motosumi Motomaku B as d B, when the thickness of the hydrogen-free carbon film A and d A, [0085] 2d Ad B ≦ 1000d is the A [0086], hydrogen-containing exposed to the surface carbon film B
が摩耗してしまうと凹凸のある無水素炭素膜Aが表面に出てしまい望ましくない。 There hydrogen-free carbon film A having irregularities When thus worn undesirable come out to the surface. また無水素炭素膜Aには凹凸があるから、これを平均化するためにも厚い含水素炭素膜Bが必要である。 Further since the hydrogen-free carbon film A is uneven, it is necessary thicker hydrous Motosumi Motomaku B in order to average them. それで無水素炭素膜Aの2倍以上としている。 So are two or more times the hydrogen-free carbon film A. 膜厚比は2〜1000とするが、無水素炭素膜Aが薄い場合は含水素炭素膜B膜厚を5倍以上にすることは容易である。 The film thickness ratio is a 2 to 1000, when no hydrogen carbon film A is thin it is easy to hydrous Motosumi Motomaku B thickness more than 5 times. 従来例は膜厚比は1/0.8= The conventional example is the thickness ratio 1 / 0.8 =
1.25となっていた。 It has been a 1.25. フィルタードカソードを使って平坦平滑な無水素炭素膜Aを作っているからそのような事が可能なのであろう。 Since using the filtered-cathode are making a flat smooth hydrogen-free carbon film A would possible because such a thing. 【0087】最表面とは摩耗のない場合は製造時に最外面となった面である。 [0087] If there is no wear to the outermost surface is a surface which became the outermost surface at the time of manufacture. しかし摩耗する場合は固定的でない。 However, if the wear is not fixed. 例えば摺動部品として用いた場合、表面から次第に摩耗する。 For example when used as a sliding part, gradually wear from the surface. 摩耗によって表面に露呈した部分が最表面である。 Portion exposed to the surface by abrasion is the outermost surface. 被膜と相手材が接触している部分である。 Is a portion where the film and the mating member are in contact. 何らかの目的で、生産時に含水素炭素膜Bの上に他の材料を被覆したとすると生産直後は他材料被膜が最表面となる。 For any purpose, immediately after production and the coated other materials on top of the water Motosumi Motomaku B during production Other materials coating the outermost surface.
しかし摺動によってこの被膜が摩耗し含水素炭素膜Bが露呈してくると含水素炭素膜Bが最表面層となる。 However, this coating is worn water Motosumi Motomaku B come exposed by sliding the water Motosumi Motomaku B is the uppermost surface layer. 【0088】水素を含む被膜形成には、炭化水素(C [0088] The film forming including hydrogen, hydrocarbons (C
H)を雰囲気ガスとして用いたスパッタリング法、真空アーク蒸着法が利用される。 Sputtering method using a H) as the atmospheric gas, a vacuum arc deposition method is utilized. 特にスパッタリング法、真空アーク蒸着法はさらに水素比率を制御でき摩擦係数を低減できるので望ましい。 In particular sputtering method, a vacuum arc deposition is desirable because further possible to reduce the coefficient of friction can be controlled hydrogen ratio. 【0089】殆どの先行技術や従来例が水素含有非晶質炭素被膜生成に用いてきたRF励起CVD法はここでは用いない。 [0089] Most of the prior art and the conventional example RF excitation CVD method which has been used in hydrogen-containing amorphous carbon film produced is not used here. これでもできないことはないが、原料に炭化水素ガスを用いるから水素比率制御に難があり高濃度の水素を含ませるのが難しいからである。 Never this can not be any time, because it is difficult to include high concentrations of hydrogen may hardly hydrogen ratio control from used raw material hydrocarbon gas. 【0090】最上層の含水素炭素膜Bは、その水素含有率(水素原子数/(水素原子数+炭素原子数))が5a [0090] The water Motosumi Motomaku B of the top layer, the hydrogen content (hydrogen atoms / (number of hydrogen atoms + number of carbon atoms)) is 5a
t.%以上25at.%以下という範囲にする。 t.% more than 25at.% in the range of below. このように大量の水素原子を含むことによって、従来法(従来例は水素比率が0.17〜0.34at.%で、最小摩擦係数は0.2)よりもさらに摩擦係数を低減する事ができる。 By containing such a large amount of hydrogen atoms, a conventional method (e.g. conventional hydrogen ratio in 0.17~0.34at.%, The minimum friction coefficient 0.2) it is possible to reduce further the coefficient of friction than it can.
スパッタリングや真空アーク蒸着法は、固体炭素を原料として炭化水素ガス、水素ガスを雰囲気ガスとできる。 Sputtering or vacuum arc deposition method, hydrocarbon gas solid carbon as a raw material, the hydrogen gas can with ambient gas.
本発明の高い水素含有率(5at.%〜25at.%)の含水素炭素膜Bを容易に作成できることから望ましい成膜方法である。 Is a desirable film forming method because it can easily create hydrated Motosumi Motomaku B of high hydrogen content of the present invention (5at.% ~25at.%). 【0091】含水素炭素膜Bの水素比率が高いと表面粗さが減り表面の平滑性が増え摩擦係数がより低くなる。 [0091] The water Motosumi Motomaku smoothness increases the friction coefficient of the hydrogen ratio is high, the surface roughness decreases the surface of B is lower.
水素比率が高いと含水素炭素膜Bの密着性が減少するのであるが、下地に無水素炭素膜Aがあるから密着性は十分である。 Although a higher hydrogen proportion adhesion water Motosumi Motomaku B is to decrease adhesion because there is no hydrogen carbon film A to the substrate it is sufficient. 無水素炭素膜Aの支えがあるから、含水素炭素膜Bの水素濃度をことさら高めることができるのである。 Because there is support for the hydrogen-free carbon film A, it is possible to increase the hydrogen concentration of the water-containing Motosumi Motomaku B deliberately. 【0092】水素濃度を高めることによって含水素炭素膜Bの表面粗さが減少し平滑性が増す。 [0092] Surface roughness is reduced smoothness of the water Motosumi Motomaku B by increasing the hydrogen concentration increases. ために摺動時の相手攻撃性が減少する。 Opponent attack at the time of sliding is reduced in order. また潤滑下での摩擦係数が低減できる。 Also be reduced friction coefficient under lubrication. この点についてさらに付言しよう。 Trying to further added that in this regard. 【0093】非晶質炭素被膜(含水素炭素膜B)の被膜硬度は水素濃度によって広い範囲で変化する。 [0093] Film hardness of the amorphous carbon film (water Motosumi Motomaku B) varies over a wide range by the hydrogen concentration. 一般にヌープ硬度で1000〜10000程度である。 In general, it is 1,000 to 10,000 approximately in Knoop hardness. このような被膜硬さは、一般的に機械部品に使用されている材料よりも硬い場合が多い。 Such coatings hardness generally rigid often than materials used for machine parts. 従って摺動時には、被膜自身が摩耗されるよりも、相手材が摩耗する場合が多い。 Therefore during sliding, than the film itself is worn, often mating member is abraded. この場合、もし非晶質炭素被膜(含水素炭素膜B)の表面が粗いと相手材に食い込み易く相手材に摩耗を強いる。 In this case, if forced to the surface is rough and wear easy mating member bite into the counterpart material of the amorphous carbon film (water Motosumi Motomaku B). これは好ましくないことである。 Which is undesirable. 【0094】一方潤滑雰囲気において、オイル、水などの液体を潤滑剤として利用する場合、境界潤滑下では、 [0094] On the other hand, in lubricating atmosphere, oil, when using a liquid such as water as a lubricant, under boundary lubrication,
油膜を突き破って相手材との固体接触が起こる。 Solid contact with the mating material breaks through the oil film occurs. もしも被膜の表面粗さが大きいと油膜を突き破って固体接触する面積が大きくなり、結果的に潤滑剤がうまく働かず、 If breaks through the oil film is large surface roughness of the film becomes large area of ​​solid contact, resulting in no work lubricant well,
摩擦係数が高くなる。 The coefficient of friction is high. 【0095】従来の含水素炭素膜Bは水素濃度が低く(の場合は0.17at.%〜0.34at.%)粗面化しており非平滑、高摩擦係数という難点があったので相手材を摩損させるし潤滑下での摩擦係数がなお高かった。 [0095] (in the case of 0.17at.% ~0.34at.%) Conventional water Motosumi Motomaku B low hydrogen concentration roughened to have non-smooth, mating member because there is a drawback that a high coefficient of friction friction coefficient under lubrication Shi to wear the was still high. 本発明は水素含有率を高め平滑性を高め摩擦係数を下げてその欠点を克服する。 The present invention overcomes the disadvantages by lowering the coefficient of friction increases the smoothness enhanced hydrogen content. 水素含有率を5at.%以上25at.% The hydrogen content 5at.% Or more 25 at.%
以下とするとどうして摩擦係数が低減するのかという理由は明らかでないが、空気中水分や潤滑油との親和性が上がり潤滑性が向上するのではないかと考えられる。 Although why the friction coefficient when the following is not apparent because whether to reduce, affinity with air moisture and lubricant is considered that it would be lubricity increases is improved. 【0096】[5. [0096] [5. 多段構造、連続変化構造膜]図1は本発明のBAS被膜構造を、図2は本発明のBAMS被膜構造を示す。 Multistage structure, the continuous change structure film] FIG 1 the BAS film structure of the present invention, Figure 2 shows the BAMS film structure of the present invention. 最表面の含水素炭素膜Bはいずれも単一の構造をもつが、水素濃度が含水素炭素膜B内で段階的に変化していたり連続的に変化していたりしてもよい。 Although with water Motosumi Motomaku B are both single structure of the outermost surface, the hydrogen concentration may be or are continuously changed or are changing stepwise in water Motosumi Motomaku B. 【0097】図3は含水素炭素膜Bの水素濃度を基材に近い方で低く、表面側で高くなるようにしている。 [0097] Figure 3 is lower than nearer the hydrogen concentration of the water-containing Motosumi Motomaku B to a substrate, is set to be higher at the surface side. 水素濃度が高い方が摩擦係数が低くて平滑で表面の性質としては優れているが、無水素炭素膜Aとの密着性を高めるためには無水素炭素膜Aと接触する部分の水素濃度が低い方がよい。 Although the higher hydrogen concentration is superior as the nature of the surface smoothness and low friction coefficient, the hydrogen concentration of the portion in contact with hydrogen-free carbon film A in order to increase the adhesion between the hydrogen-free carbon film A lower is better. 【0098】それで図3では連続的に水素濃度が高くなるようにしている。 [0098] So so that continuous hydrogen concentration in FIG. 3 becomes high. 基材に近い方で5at.%、最表面で2 5at.% In closer to the substrate, 2 in the outermost surface
5at.%とすることもできる。 It can also be a 5at.%. 水素濃度の連続変化をおこさせるためには、雰囲気ガス中の水素濃度を連続的に高めることによってなされる。 To cause a continuous variation of the hydrogen concentration is accomplished by increasing the hydrogen concentration in the atmosphere gas continuously. 【0099】或いは含水素炭素膜Bを1層にしないで2 [0099] or two without the water Motosumi Motomaku B in one layer
層に分けて、下層の水素濃度を低く、上層の水素濃度を高くするようにしてもよい。 Divided into layers, the lower layer of the hydrogen concentration low, it is also possible to increase the upper layer of the hydrogen concentration. 図4にそのような層構造を示す。 Figure 4 shows such a layer structure. その場合でも水素濃度が5〜25at.%という条件が課される。 As the hydrogen concentration even if the condition that 5~25At.% Is imposed. 【0100】[6. [0100] [6. 非晶質炭素被膜を被覆した製品]本発明の被膜を部品表面の少なくとも一部に形成した部材は、高負荷の摺動状態などでも安定した摺動特性を示す。 Member formed on at least a portion of the coating to the component surface of the product present invention coated with amorphous carbon film shows a stable sliding characteristic even in such a sliding condition of high load. 【0101】具体的には内燃機関の動弁部品(シム、及びタペット、カム、シリンダライナー、ピストン)表面、燃料噴射ポンプのプランジャーに形成することができる。 [0102] Specifically it is possible to form the valve operating part (shim, and the tappet, the cam, the cylinder liner, a piston) of an internal combustion engine to the surface, the fuel injection pump plunger. 【0102】また、半導体製造装置の搬送部品(アーム、ガイド)に適用すれば摺動特性に優れ低摩擦であり摩耗が少なく、相手側を攻撃しない被膜が得られ円滑な動き、長い寿命が確保される。 [0102] The transport component (arm, guide) of the semiconductor manufacturing device less good a low friction wear on the sliding characteristics when applied to, the other party attacks and no coatings were obtained smooth movement, a long life ensured It is. 【0103】また加工用金型表面に被膜形成しても効果がある。 [0103] In addition to the processing mold surface is also effective to film forming. 樹脂用金型、ゴム成形金型は何度も何度も成形に利用されるから高い耐摩耗性がことさら要求されるがそのような要望に応えることができる。 Resin mold, but since the rubber molding die used for molding and over again high wear resistance is deliberately required it is possible to meet such demands. 【0104】 【実施例】実施形態の概要を順を追って述べる。 [0104] described step-by-step overview of the EXAMPLES form. [1. [1. 基材S]基材には、JIS規格K10のタングステンカーバイド系超硬合金、SUS304、SCM41 The substrate S] substrate, tungsten carbide-based cemented carbide of JIS standard K10, SUS304, SCM41
5、SKD11を使用した。 5, was used SKD11. 基材は表面を清浄にするために、アセトン中で超音波洗浄を10分以上行ったのちに真空槽内の基材ホルダーに装着した。 The substrate to the surface cleaned was attached to a substrate holder in the vacuum chamber in After performing ultrasonic cleaning in acetone over 10 minutes. 【0105】[2. [0105] [2. 金属膜(金属炭化物膜)Mの形成] Metal film (metal carbide film) formed of M]
この金属膜(炭化物)形成は省略することもできる。 The metal film (carbide) formation may be omitted. 金属膜を形成する場合の工程を述べる。 It describes the process in the case of forming a metal film. 基材に対し、V、 With respect to the substrate, V,
Cr、Fe、Co、Hf、Ni、Cu、Zr、Nb、T Cr, Fe, Co, Hf, Ni, Cu, Zr, Nb, T
a、Mo、W、Pd、Pt、Ti、Al、Pbの何れかの元素を原料として、それら原子の被膜を形成する。 a, Mo, W, Pd, Pt, Ti, Al, as a material for any one element of Pb, to form a coating thereof atom. 【0106】あるいはV、Cr、Fe、Co、Hf、N [0106] Alternatively V, Cr, Fe, Co, Hf, N
i、Cu、Zr、Nb、Ta、Mo、W、Pd、Pt、 i, Cu, Zr, Nb, Ta, Mo, W, Pd, Pt,
Ti、Al、Pb元素イオンと雰囲気ガス(炭化水素を含む)を原料として化合物(金属炭化物)の被膜を形成する。 Ti, Al, to form a coating of the compound (metal carbide) a Pb element ion and an atmosphere gas (comprising hydrocarbons) as starting materials. 【0107】金属層および化合物層の形成方法としては、イオンプレーティング法、スパッタリング法、真空アーク蒸着法を用いることができる。 [0107] As a method of forming the metal layer and the compound layer can be used an ion plating method, a sputtering method, a vacuum arc deposition method. しかし実施例では、スパッタリング法、真空アーク蒸着法を用いた。 In however embodiment, a sputtering method, a vacuum arc evaporation method using. 【0108】雰囲気ガスとしては、H 、He、N [0108] As the atmosphere gas, H 2, He, N 2 ,
NH 、Ne、Ar、Kr、Xe、CH 、C NH 3, Ne, Ar, Kr , Xe, CH 4, C 2 H 2,
、C 、CF を用いた。 With C 2 H 4, C 6 H 6, CF 4. 【0109】[3. [0109] [3. 無水素炭素膜Aの形成]基材Sに直接に、金属膜M(炭化物膜を含む)を付ける場合は金属膜Mの上に、固体炭素を原料として、スパッタリング法、真空アーク蒸着法によって0.5nm〜200nm Directly to form] substrate S in hydrogen-free carbon film A, on the metal film M is required to put the metal film M (including the carbide film), a solid carbon as a raw material, a sputtering method, a vacuum arc deposition method 0 .5nm~200nm
の無水素炭素膜Aを形成した。 It was formed hydrogen-free carbon film A of. 【0110】[4. [0110] [4. 含水素炭素膜Bの形成]その後、スパッタリング法、真空アーク蒸着法を用いてC Formation of hydrous Motosumi Motomaku B] Then, a sputtering method, C 2 H 2 using a vacuum arc deposition method,
CH などの炭化水素系ガスと不活性ガス雰囲気下で、 CH 4 in an inert gas atmosphere and hydrocarbon gas such as,
無水素炭素膜Aの膜厚の2〜1000倍の膜厚で水素を含んだ非晶質炭素層を形成した。 The amorphous carbon layer containing hydrogen with a thickness of 2 to 1000 times the thickness of the hydrogen-free carbon film A was formed. 炭化水素ガス濃度を変化させることによって水素濃度を調整することができる。 It is possible to adjust the hydrogen concentration by varying the hydrocarbon gas concentration. 【0111】[5. [0111] [5. 膜厚測定]膜厚はカロテストによって計測した。 Thickness measurement] The film thickness was measured by Karotesuto. 金属(金属化合物)層の膜厚は中間層、中間層膜厚として表に記載した。 Thickness of the metal (metal compound) layer is an intermediate layer, as described in Table as the intermediate layer thickness. 無水素炭素膜Aの膜厚も表中に記載した。 The thickness of the hydrogen-free carbon film A is also shown in the table. 含水素炭素膜Bの膜厚は直接には記さず、d /d 比によって表している。 The film thickness of the water-containing Motosumi Motomaku B is not written directly to represent the d B / d A ratio. 無水素炭素膜A Hydrogen-free carbon film A
の膜厚d に比率を掛けることによって膜厚d が分かる。 The film thickness d B seen by multiplying the ratio of the thickness d A. 【0112】[6. [0112] [6. 密着性の評価(ロックウエル剥離試験)]被膜の基材に対する密着性は、ロックウエル剥離試験および打撃試験により評価した。 Adhesion evaluation of adhesion to (Rockwell Peel Test) coating of the substrate was evaluated by a Rockwell peel test and hitting test. ロックウエル剥離試験には、ロックウエルCスケール硬度測定用のダイヤモンド圧子を用い、試験荷重150kgf(1470 The Rockwell peel test, using a diamond indenter for Rockwell C scale hardness measurement, test load 150 kgf (1470
N)で被膜表面から圧子を押し付けてできた圧痕の廻りの剥離状況を顕微鏡で観察した。 Peeling situation around the indentation which Deki pressing the indenter from the coating surface was observed with a microscope in N). 測定は各試料につき5 The measurement for each sample 5
回行い、剥離面積の大小から5段階評価を行った。 Once done, it was carried out for 5-stage evaluation from the magnitude of the release area. 剥離なしというのを5とする。 From that without peeling and 5. 剥離面積が増加するにしたがって数字を小さくする。 Peeling area to reduce the numbers with increasing. 5、4が満足できる評価点である。 5,4 is an evaluation point that can be satisfied. 2以下は密着性不十分である。 2 or less is insufficient adhesion. 【0113】[7. [0113] [7. 密着性の評価(打撃試験)]打撃試験は、試料の被膜を形成した面に対し、直径1インチのタングステンカーバイド系超硬合金製球を用い仕事量1 Evaluation of adhesion (hitting test) hitting test, the plane forming the film of the sample, workload 1 using 1-inch tungsten carbide-based cemented carbide spherical diameter
0Jで200回打撃を与えた。 It gave 200 times hit by 0J. 打痕ができるので、打痕とその周辺の剥離状況を光学顕微鏡によって観察した。 Since it is dent it was observed peeling status of and around dents by light microscopy.
測定は各試料について5回行った。 The measurement was carried out five times for each sample. 剥離面積の大小から5段階評価を行った。 The 5-stage evaluation was carried out on the magnitude of the release area. 剥離なしを5とする。 None peeling and 5. 剥離面積が大きくなるにしたがって数字を小さくする。 Peeling area to reduce the numbers according to increase. 5、4が満足できる評価点である。 5,4 is an evaluation point that can be satisfied. 2以下は密着性不十分である。 2 or less is insufficient adhesion. 【0114】[8. [0114] [8. 表面粗さの評価(Ra;μm)]表面粗さRaは、東京精密社製SURFCOM570Aを用い、測定長さ0.4mm、CUTOFF値0.08m Evaluation of surface roughness (Ra; μm)] The surface roughness Ra is by Tokyo Seimitsu Co. SURFCOM570A, measured length 0.4 mm, CUTOFF value 0.08m
m、走査速度0.03mm/sで測定した。 m, as measured at a scan rate of 0.03 mm / s. 表の中ではμmを単位として示した。 In the table showed μm units. 【0115】[9. [0115] [9. 摺動特性の評価]摺動試験は、CS Evaluation] sliding test of the sliding characteristics, CS
EM製ピンオンディスク試験機を用い、大気中、乾式、 Using the EM-made pin-on-disk testing machine, in the air, dry,
摺動半径2mm、回転数500rpm、荷重10N、総回転数10000回、相手材SUJ2ボール(φ6m Sliding radius 2mm, the rotation speed 500rpm, load 10N, the total number of revolutions 10000 times, the counterpart material SUJ2 ball (φ6m
m)の条件で試験した。 Was tested under the conditions of m). 試験後の相手材SUJ2ボールの摩耗痕を光学顕微鏡(倍率100倍)で観察し、その摩耗直径(μm)を計測した。 The wear scars of the counterpart material SUJ2 ball after the test was observed by an optical microscope (× 100) was measured the abrasion diameter ([mu] m). 【0116】[10. [0116] [10. 摩擦係数の測定]エンジン部品のカムの摺動面に、本発明の非晶質炭素層を形成し、モータリング試験を行った。 The sliding surface of the cam Measurement engine parts of the friction coefficient, to form an amorphous carbon layer of the present invention, were subjected to motoring test. 回転数300rpm、セット荷重25kg、エンジンオイル潤滑、オイル温度80℃、 Rpm 300 rpm, the set load 25 kg, the engine oil lubrication, oil temperature 80 ° C.,
オイル流量0.5cc/min、回転時間2時間として、摩擦係数を計測した。 Oil flow 0.5 cc / min, as the rotation time of 2 hours, was measured the coefficient of friction. また試験後、相手材カムの表面粗さRa(μm)を測定した。 Also after the test were measured the surface roughness of the mating member cam Ra (μm). 【0117】具体的な実施例を以下に述べる。 [0117] Specific examples will be described below. [実施例1(スパッタリング法、真空アーク蒸着法:表5、表6)]無水素炭素膜A、含水素炭素膜Bともにスパッタリング、真空アーク蒸着法によって作製することができる。 [Example 1 (a sputtering method, a vacuum arc deposition: Table 5, Table 6)] hydrogen-free carbon film A, the water Motosumi Motomaku B together sputtering, can be prepared by vacuum arc deposition. 図5に実施例において利用したスパッタリング蒸発源、真空アーク蒸発源を兼ね備えた装置を示す。 Sputtering evaporation sources were utilized in Example 5, it shows a device that combines vacuum arc evaporation source. 【0118】真空槽27に、それぞれ二つのスパッタ蒸発源28、29と真空アーク蒸発源25、26を設置している。 [0118] the vacuum chamber 27, respectively set up two sputter evaporation sources 28, 29 and the vacuum arc evaporation source 25. これらは真空槽27の4つの壁面に設けているからこれらの装置を交互に使用して真空槽から試料を出さずに連続的に被膜形成することができるようになっている。 These are adapted to be able to continuously film formed without an sample from the vacuum chamber by using these devices alternately because they provided four walls of the vacuum chamber 27. 【0119】真空槽27の中央部には回転できるテーブル40がある。 [0119] The central portion of the vacuum chamber 27 there is a table 40 can be rotated. テーブル40の上に基板ホルダー39が設けられる。 Substrate holder 39 is disposed on the table 40. 基板ホルダー39には適数の基材38が固定される。 Substrate 38 of a suitable number is fixed to the substrate holder 39. 回転テーブル40には、パルス直流電源41 The rotary table 40, pulse direct current power source 41
が接続されている。 There has been connected. 真空アーク蒸発源25、26は、アーク放電によって固体原料を溶かしてガス状にして基材へ飛ばし堆積させるようにする。 Vacuum arc evaporation source 25 and 26, so as to deposit skip to gaseous form to a substrate by dissolving a solid raw material by the arc discharge. ここでは固体原料は、 Here, the solid material is,
炭素と金属である。 It is a carbon and metal. 真空アーク蒸発源25、26には直流電源32、33が接続してあり固体原料は負にバイアスされる。 The vacuum arc evaporation source 25 a DC power source 32, 33 is a solid material Yes connected is biased negatively. 真空アーク蒸発源として、磁場の作用によりイオンを主に基材に到達させる機構を有するフィルタードカソードと言われる蒸発源を用いない。 As the vacuum arc evaporation source, without using the evaporation source called Filtered cathode having a mechanism to reach the main substrate ions by the action of a magnetic field. 【0120】スパッタ蒸発源28、29はガス分子をターゲット(原料)34、35に当てることによって原料34、35から原子を飛び出させ基材の上に飛ばし基材上に薄膜を堆積させる。 [0120] sputtering evaporation sources 28 and 29 to deposit a thin film on a substrate skipping over the substrate pops atoms from the material 34, 35 by applying the gas molecules to the target (material) 34, 35. スパッタ蒸発源28、29の原料固体34、35となるのも炭素固体と金属である。 Become a raw material solid 34, 35 of the sputter evaporation sources 28, 29 are also carbon solids and metals. スパッタ蒸発源28、29には負電圧パルスを発生するパルス直流電源30、31を接続してある。 The sputter evaporation sources 28 and 29 is connected a pulse DC power supply 30 and 31 for generating a negative voltage pulse. 【0121】第1スパッタ蒸発源28には、固体カーボン34がセットしてある。 [0121] The first sputter evaporation source 28, a solid carbon 34 are set. 第2スパッタ蒸発源29には、第1金属35がセットしてある。 The second sputtering evaporation source 29, the first metal 35 are set. 第1金属35としては、Mo、W、Pd、Al、Pt、Ta、Nbを用いた。 As the first metal 35, using Mo, W, Pd, Al, Pt, Ta, and Nb. 【0122】第1真空アーク蒸発源25には固体カーボン36が、第2真空アーク蒸発源26には第2金属37 [0122] Solid carbon 36 in the first vacuum arc evaporation source 25, the second vacuum arc evaporation source 26 second metal 37
がセットしてある。 There are set. 第2金属37として、Ti、V、C A second metal 37, Ti, V, C
r、Zr、Ptを用いた。 r, Zr, the Pt was used. 【0123】第1金属、第2金属の切り分けは、真空アーク蒸着法に向く金属、スパッタリング法に適する金属ということで分けている。 [0123] The first metal, isolate the second metal are separated by a metal facing a vacuum arc deposition, as metal suitable for sputtering. これ以外の金属でもいずれかの方法で飛ばすようにできる。 In other metals can such fly in any way. 【0124】ガスは真空排気装置によってガス排気口4 [0124] Gas is the gas outlet by the vacuum exhaust device 4
2より排気される。 It is exhausted from the 2. ガス導入口43より、Ar、C The gas inlet port 43, Ar, C
、C などの雰囲気ガスを導入することができる。 H 4, an atmosphere gas such as C 2 H 2 may be introduced. 【0125】上記装置での被膜の形成方法を述べる。 [0125] describes a method of forming a coating of the above apparatus. 1. 1. 回転テーブルに40に基材ホルダ−39、基材38 Substrate holder -39 to 40 to the rotary table, the substrate 38
をセットする。 To set. 2. 2. 装置内が0.002Pa以下になるようガス排気口42から真空排気する。 The apparatus is evacuated through the gas exhaust port 42 so as to be less 0.002Pa. 3. 3. 初めに金属層またはその金属層の化合物(炭化物) Metal layer or a compound of the metal layer initially (carbide)
を基材の上に形成する。 To form on top of the substrate. 第2スパッタ蒸発源29を用いても良いし、第2真空アーク蒸発源26を用いてもよい。 May be using a second sputtering evaporation source 29 may be used a second vacuum arc evaporation source 26. 【0126】4. [0126] 4. 第2スパッタ蒸発源29を用いて第1 The using a second sputtering evaporation source 29 1
金属35(Mo、W、Pd、Al、Pt、Ta、Nb) Metal 35 (Mo, W, Pd, Al, Pt, Ta, Nb)
の金属層または金属の化合物を形成する場合は次のようにする。 When forming a metal layer or a metal compound is as follows. 回転テーブル40を回転し基板ホルダー39、 Substrate holder 39 rotates the rotary table 40,
基材38が第2スパッタ蒸発源29を向くようにする。 Substrate 38 to face the second sputtering evaporation source 29. 4a. 4a. 金属層を形成する場合はArガス雰囲気で行う。 When forming the metal layer is performed in an Ar gas atmosphere. 4b. 4b. 金属の化合物層を形成する場合は雰囲気ガスとしてArとC を同時にガス導入口43より導入する。 Simultaneously introducing the gas inlet port 43 of Ar and C 2 H 2 as an atmosphere gas when forming a compound layer of a metal. 化合物層を形成する場合はArとC の比(C The ratio of the case of forming the compound layer Ar and C 2 H 2 (C
/Ar)は0.1〜0.6である。 2 H 2 / Ar) is 0.1 to 0.6. 【0127】5. [0127] 5. 雰囲気ガスを導入するいずれの場合でも真空槽内の圧力が0.1Pa〜1.0Paになるようにする。 The pressure in the vacuum chamber either case of introducing an atmospheric gas is made to be a 0.1Pa~1.0Pa. このとき回転テーブル40には−50V〜−1 The rotary table 40 this time -50V~-1
500Vの直流電圧を印加する。 Applying a DC voltage of 500V. 6. 6. スパッタ蒸発源29に500W〜1000Wのパルス直流電力を印加し、金属35をスパッタリングし、基材上に第1金属(Mo、W、Pd、Al、Pt、Ta、 A sputter evaporation source 29 by applying a pulse DC power 500W~1000W, the metal 35 is sputtered, the first metal (Mo on a substrate, W, Pd, Al, Pt, Ta,
Nb)の金属層、または化合物層を形成する。 Metal layer of Nb), or to form a compound layer. 【0128】7. [0128] 7. 真空アーク蒸発源26を用いて第2金属(Ti、V、Cr、Zr、Pt)層、その化合物層を形成する場合は次のようにする。 The second metal (Ti, V, Cr, Zr, Pt) layer using a vacuum arc evaporation source 26, the case of forming the compound layer is as follows. 回転テーブル40を回転して基板ホルダ−39、基材38が第2真空アーク蒸発源26に対向するようにする。 Substrate holder -39 rotary table 40 is rotated, the substrate 38 so as to face the second vacuum arc evaporation source 26. 7a. 7a. 金属層(Ti、V、Cr、Zr、Pt)を形成する場合は、真空またはAr雰囲気とする。 When forming a metal layer (Ti, V, Cr, Zr, Pt) and has a vacuum or Ar atmosphere. 7b. 7b. これら金属(Ti、V、Cr、Zr、Pt)の化合物層を形成する場合はArとC を同時にガス導入口43より導入する。 These metals (Ti, V, Cr, Zr , Pt) when forming the compound layer is introduced from the Ar and C 2 H 2 gas simultaneously introducing port 43. 化合物層を形成する場合、Ar When forming the compound layer, Ar
とC の比(=C /Ar)は0.01〜0. The ratio of C 2 H 2 (= C 2 H 2 / Ar) is from 0.01 to 0.
2である。 2. 【0129】8. [0129] 8. 雰囲気ガスを導入する何れの場合でも真空槽内の圧力は0.1Pa〜1.0Paとなるようにする。 The pressure in the vacuum chamber either case of introducing the atmosphere gas is such that the 0.1Pa~1.0Pa. このとき回転テーブル40には、−50V〜−1 The rotary table 40 this time, -50V~-1
500Vの直流電圧を印加する。 Applying a DC voltage of 500V. 9. 9. その後第2真空アーク蒸発源26の金属37に60 Thereafter the metal 37 of the second vacuum arc evaporation source 26 60
Aの直流電流を流し、金属37を蒸発させる。 Passing a direct current of A, evaporating the metal 37. アーク放電は金属原料37とチャンバ壁の間にかかった直流電圧によって起こる。 Arc discharge is caused by a DC voltage applied between the metal material 37 and the chamber walls. アーク放電によって加熱された金属が蒸発する。 Metal which has been heated by the arc discharge is evaporated. 雰囲気ガスが原料に当たり金属蒸気の一部をイオン化する。 Atmospheric gas to ionize a portion of the metal vapor Upon starting material. 金属蒸気を堆積させることによって基材38上に、金属層(Ti、V、Cr、Zr、Pt)、またはそれら金属の化合物層を形成する。 On the substrate 38 by depositing a metal vapor, the metal layer (Ti, V, Cr, Zr, Pt), or they form a compound layer of a metal. 【0130】10. [0130] 10. これらの処理を施した後、固体炭素を原料として水素を含まない非晶質炭素層の形成を行う。 After performing these processing, the formation of the amorphous carbon layer containing no hydrogen solid carbon as a raw material. 第1スパッタ蒸発源28を用いても第1真空アーク蒸発源25を用いてもよい。 Be used first sputter evaporation source 28 may be used first vacuum arc evaporation source 25. 11. 11. 第1スパッタ蒸発源28を用いて非晶質炭素層を形成する場合は次のようにする。 When forming the amorphous carbon layer using a first sputtering evaporation source 28 is as follows. 回転テーブル40を回転させ基板ホルダー39、基材38が第1スパッタ蒸発源28に対向するようにする。 Substrate holder 39 rotates the rotary table 40, the substrate 38 so as to face the first sputtering evaporation source 28. 雰囲気ガスとして、Ar As the atmospheric gas, Ar
をガス導入口より導入し、真空槽27が0.1〜1.0 Was introduced from the gas inlet, the vacuum chamber 27 is 0.1 to 1.0
Paの圧力になるようにする。 To be the pressure of Pa. このとき回転テーブルには、−50V〜−600Vのパルス直流電圧を印加する。 The rotary table at this time, applying a pulse DC voltage of -50V~-600V. パルス周波数は100kHzである。 Pulse frequency is 100kHz. 【0131】12. [0131] 12. 第1スパッタ蒸発源28に、500 The first sputtering evaporation sources 28, 500
〜1000Wのパルス直流電力を印加し、固体カーボン34をスパッタリングし、基材38上の金属層または化合物層の上に水素を含まない非晶質炭素層(無水素炭素膜A)を形成する。 Applying a pulse DC power ~1000W, solid carbon 34 is sputtered to form an amorphous carbon layer containing no hydrogen on the metal layer or the compound layer on the substrate 38 (hydrogen-free carbon film A). 13. 13. 金属層または化合物層を形成しないで、基材に直接的に水素を含まない非晶質炭素層を形成する場合もある。 Without forming a metal layer or a compound layer, it may form an amorphous carbon layer containing no direct hydrogen to the substrate. 【0132】14. [0132] 14. 第1真空アーク蒸発源25を用いて水素を含まない非晶質炭素層(無水素炭素膜A)を形成する場合は次のようにする。 If using a first vacuum arc evaporation source 25 to form an amorphous carbon layer containing no hydrogen (hydrogen-free carbon film A) is as follows. 真空中のままか、或いは雰囲気ガスとしてArをガス導入口43より導入し、真空槽27が0.03Pa〜0.5Paの圧力になるようにする。 Or remain in a vacuum, or Ar is introduced from the gas introduction port 43 as the atmospheric gas, the vacuum chamber 27 is made to be a pressure of 0.03Pa~0.5Pa. 回転テーブル40には−50V〜−500Vの直流電圧を印加する。 The rotary table 40 applies a DC voltage of -50V~-500V. 【0133】15. [0133] 15. 第1真空アーク蒸発源25の固体カーボン36に60Aの直流電流を印加し、固体カーボン36を蒸発させ、基材上に形成された金属層、化合物層の上に無水素炭素膜Aを形成する。 A direct current of 60A was applied to the solid carbon 36 of the first vacuum arc evaporation source 25, a solid carbon 36 evaporated metal layer formed on the substrate to form a hydrogen-free carbon film A on top of the compound layer . 【0134】16. [0134] 16. 上記の無水素炭素膜A(水素を含んでいない非晶質炭素層)の上に、含水素炭素膜B(水素を含んだ非晶質炭素層)を形成する。 On the non-hydrogen carbon film A (amorphous carbon layer containing no hydrogen), to form a water Motosumi Motomaku B (amorphous carbon layer containing hydrogen). 第1スパッタ蒸発源28を用いても良いし第1真空アーク蒸発源25を用いてもよい。 May be used first sputter evaporation source 28 may be used first vacuum arc evaporation source 25. 【0135】17. [0135] 17. 第1スパッタ蒸発源28を用いて含水素炭素膜Bを形成する場合は次のようにする。 When forming a water Motosumi Motomaku B using a first sputtering evaporation source 28 is as follows. 回転テーブル40を回転して基板ホルダ−39、基材38が第1スパッタ蒸発源28の方向を向くようにする。 Substrate holder -39 rotary table 40 is rotated, the substrate 38 to face the direction of the first sputtering evaporation source 28. 雰囲気ガスとしてArとC をガス導入口43より導入し、真空槽27内が0.1Pa〜1Paの圧力になるようにする。 Ar and C 2 H 2 introduced from the gas introduction port 43 as the atmospheric gas, the vacuum chamber 27 to a pressure of 0.1Pa~1Pa. このとき回転テーブル40には−50V〜− The rotary table 40 at this time -50V~-
600Vのパルス直流電圧を印加する。 Applying a pulse DC voltage of 600V. パルス周波数は100kHzである。 Pulse frequency is 100kHz. 【0136】18. [0136] 18. スパッタ蒸発源28に400〜10 The sputtering evaporation source 28 400-10
00Wのパルス直流電力を印加し固体カーボン34をスパッタリングする。 Applying a pulse DC power of 00W sputtering the solid carbon 34. こうして無水素炭素膜A(水素を含まない非晶質炭素層)の上に、含水素炭素膜B(水素を含む非晶質炭素層)を形成する。 Thus on the hydrogen-free carbon film A (amorphous carbon layer containing no hydrogen), to form a water Motosumi Motomaku B (amorphous carbon layer containing hydrogen). 【0137】19. [0137] 19. 第1真空アーク蒸発源25を用いて含水素炭素膜Bを形成する場合は次のようにする。 When forming a water Motosumi Motomaku B by using the first vacuum arc evaporation source 25 is as follows. 回転テーブル40を回転して基板ホルダー39、基材38が第1真空アーク蒸発源25の方向を向くようにする。 Substrate holder 39 to the rotary table 40 is rotated, the substrate 38 to face the direction of the first vacuum arc evaporation source 25. 雰囲気ガスとしてArとC ガスをガス導入口43より導入し、真空槽27内が0.05Pa〜0.5Paの圧力になるようにする。 Ar and C 2 H 2 gas was introduced from the gas inlet 43 as the atmospheric gas, the vacuum chamber 27 to a pressure of 0.05Pa~0.5Pa. 回転テーブル40には−50V The rotary table 40 is -50V
〜−500Vのパルス直流電圧を印加する。 Applying a pulse DC voltage of ~-500V. パルス周波数は100kHzである。 Pulse frequency is 100kHz. 【0138】20. [0138] 20. 第1真空アーク蒸発源25の固体カーボン36に60Aの直流電流を流し、固体カーボン3 Passing a direct current of 60A to the solid carbon 36 of the first vacuum arc evaporation source 25, a solid carbon 3
6を蒸発させる。 6 is evaporated. このときこうして無水素炭素膜A(水素を含まない非晶質炭素層)の上に含水素炭素膜B(水素を含む非晶質炭素層)を形成する。 The time thus forming a water Motosumi Motomaku B (amorphous carbon layer containing hydrogen) on the hydrogen-free carbon film A (amorphous carbon layer containing no hydrogen). 【0139】実施例1の手法によって17の試料を作製して試験した。 [0139] was prepared and tested a sample of 17 by the procedure of Example 1. 表5は実施例1の試料1〜17の成膜の方法を列挙して示す。 Table 5, an enumeration method for the deposition of the sample 1 to 17 of Example 1. 全て無水素炭素膜A、含水素炭素膜Bはスパッタリング法か真空アーク蒸着法によって作製し、無水素炭素膜A膜厚は0.05nm〜200nm All non-hydrogen carbon film A, the water Motosumi Motomaku B is produced by sputtering or vacuum arc deposition, hydrogen-free carbon film A thickness 0.05nm~200nm
で、含水素炭素膜Bの水素量は5〜25at.%で、層比d In, the amount of hydrogen water Motosumi Motomaku B in 5~25at.%, The layer ratio d
/d は2〜1000の範囲に入っている。 B / d A is within the range of 2 to 1000. 【0140】 【表5】 [0140] [Table 5] 【0141】例えば実施例の試料1は基材の上に20n [0141] Sample 1 of example embodiments 20n on the substrate
mのMo層をスパッタリングによって設け、その上に8 The Mo layer of m is provided by sputtering, 8 thereon
0nmの無水素炭素膜Aをスパッタリングにより形成し、さらに水素比24at.%膜厚1360nmの含水素炭素膜Bを形成したものである。 The hydrogen-free carbon film A of 0nm formed by sputtering, in which further the formation of the hydrous Motosumi Motomaku B hydrogen ratio 24 atomic.% Film thickness 1360 nm. 【0142】実施例の試料1〜15はBAMS構造をとる。 [0142] Samples 1 to 15 of example take BAMS structure. 試料16〜17はBAS構造である。 Samples 16 to 17 is the BAS structure. 中間層とあるのは金属層あるいは化合物層のことであるが、何れの場合でも金属元素によって示した。 While there the intermediate layer is that the metal layer or the compound layer, shown by the metal element in any case. 試料2の中間層はWと書いてあるが、これは一部がWCになっている。 The intermediate layer of the sample 2 is written is W, which is partially turned WC. 同様に試料6はTaかTaCの混合である中間層をもつが比率は測定していない。 Similarly Sample 6 but has an intermediate layer which is a mixture of Ta or TaC ratio was not measured. その他も同様である。 Others are also the same. 試料1〜7は中間層をスパッタリングによって生成している。 Sample 1-7 is an intermediate layer produced by sputtering. 試料8 Sample 8
〜15は真空アーク蒸着法によって形成している。 15 is formed by a vacuum arc deposition method. スパッタリングによる方が膜厚の大きいものを形成しやすい。 It is likely to form what the film thickness larger by sputtering. 【0143】試料1〜10、試料17はスパッタリングによって10〜100nmの無水素炭素膜Aを形成している。 [0143] Samples 1-10, sample 17 forms a hydrogen-free carbon film A of 10~100nm by sputtering. 試料11〜16は真空アーク蒸着法によって8n 8n samples 11 to 16 by vacuum arc deposition
mの無水素炭素膜Aを形成している。 Forming a hydrogen-free carbon film A of m. ここにおいてもスパッタリングの方が厚い膜厚のものを作り易い。 Also easy to make something better of sputtering of the thick film in here. 【0144】試料11は、真空アーク蒸着法によって含水素炭素膜Bを形成している。 [0144] Sample 11 forms a water Motosumi Motomaku B by vacuum arc deposition. それ以外の試料1〜1 The other sample 1 to 1
0、12〜17はスパッタリングによって含水素炭素膜Bを形成する。 0,12~17 forms a water Motosumi Motomaku B by sputtering. 【0145】含水素炭素膜Bの膜厚は、無水素炭素膜A [0145] The film thickness of the water-containing Motosumi Motomaku B is hydrogen-free carbon film A
の膜厚に対する層比によって表現している。 It is represented by a layer ratio of the film thickness. 試料11〜 Sample 11
16の含水素炭素膜B膜厚は層比が63倍で無水素炭素膜Aが8nmだから、504nmである。 16 of hydrous Motosumi Motomaku B thickness 8nm is hydrogen-free carbon film A with a layer ratio of 63 times So, it is 504 nm. 試料8〜10 Sample 8-10
は630nmの含水素炭素膜Bを持つ。 Has a 630nm of water Motosumi Motomaku B. 試料17の含水素炭素膜B膜厚は500nm、試料7の含水素炭素膜B Water Motosumi Motomaku B thickness 500nm of the sample 17, the moisture of the sample 7 Motosumi Motomaku B
は510nm、試料2の含水素炭素膜Bは480nmで同程度である。 Is 510 nm, the water Motosumi Motomaku B of the sample 2 are comparable with 480 nm. 試料5は含水素炭素膜Bは170nmで最も薄い。 Sample 5 water Motosumi Motomaku B is thinnest at 170 nm. 試料1は1360nmで最も厚い含水素炭素膜Bを持つ。 Sample 1 has the thickest water Motosumi Motomaku B at 1360 nm. 【0146】水素量は、試料1、7が24at.%であって、上限25at.%に近い。 [0146] The amount of hydrogen, the sample 1 and 7 a 24 atomic.%, Close to the upper limit 25 at.%. 試料1〜17の非晶質炭素被膜の密着性、表面粗さ、相手材摩耗量、摩擦係数、摺動後相手粗さなどの特性を表6に示す。 Adhesion of the amorphous carbon film of the sample 1 to 17, the surface roughness, the mating member wear amount, the coefficient of friction, properties such as sliding after mating roughness shown in Table 6. 【0147】 【表6】 [0147] [Table 6] 【0148】いずれも無水素炭素膜Aを基材と含水素炭素膜Bの中間に入れているから密着性はよい。 [0148] adhesion because both are putting hydrogen-free carbon film A in the middle of the substrate and the moisture Motosumi Motomaku B good. しかし金属の中間層のない試料16、17は密着性評価はロックウエル、打撃試験とも3であって、中間層が密着性向上に有用であることがわかる。 But Samples 16 and 17 having no intermediate layer of metal adhesion evaluation Rockwell, a both hitting test 3, it can be seen that the intermediate layer is useful for improving adhesion. 試料8〜試料15は密着性評価が5であって最良の密着性を有する。 Sample 8 Sample 15 has the best adhesion and a adhesion evaluation is 5. 試料8〜15 Sample 8-15
は層比d /d が63であってもっとも高いものに対応する。 Correspond to those Sohi d B / d A is the highest a 63. 層比の高いものが密着性がよい。 Having a high layer ratio good adhesion. ということは無水素炭素膜Aは密着性向上に効果があるが薄い方が良いということである。 It is free of hydrogen carbon film A is that person is effective in improving adhesion thin good that. 無水素炭素膜Aの最適膜厚は5n Optimal thickness of the hydrogen-free carbon film A is 5n
m〜20nm程度である。 It is about m~20nm. 試料16も層比が63であるのに密着性は3であるのは、中間層がないからである。 The adhesion to the sample 16 is also a layer ratio 63 is 3, because there is no intermediate layer. 【0149】表面粗さRaというのは隣接する山と谷の差の平均値によって定義される粗面の尺度である。 [0149] because the surface roughness Ra is a measure of the rough surface that is defined by the average value of the difference between adjacent peaks and valleys. 試料11についてはRa15nmである。 It is a Ra15nm for sample 11. それ以外の試料はRaが8nm〜9nmでって十分に平坦な表面であることがわかる。 The other samples it is understood that Ra is sufficiently flat surface I at 8Nm~9nm. 【0150】ピンオンディスク相手材摩耗も試料11で285μmとなって最も大きい。 [0150] The largest becomes 285μm pin-on-disk mating member wear even sample 11. それ以外は130μm Otherwise 130μm
〜165μm程度で相手材を攻撃しないということがわかる。 It can be seen that does not attack the counterpart material at about ~165μm. 摩擦係数は従来例が0.2であったのに比べて何れも優れて低い。 The coefficient of friction lower superior both in comparison to conventional example was 0.2. 0.11〜0.15の程度である。 It is of the order of 0.11 to 0.15.
摺動試験のあとの相手材の粗さも試料11でRa0.0 Roughness of the mating member after sliding test in sample 11 Ra0.0
6μmで少し大きいが、その他の試料ではRa0.03 Although a little big at 6μm, in the other samples Ra0.03
μm〜0.04μmで極めて小さい。 Very small in μm~0.04μm. 試料11の粗さR Roughness R of the sample 11
a、相手材摩耗量、摩擦係数などが少し大きいのは、含水素炭素膜Bを真空アーク蒸着法によっているからであろう。 a, mating member wear amount, etc. is a little larger coefficient of friction would because by the water Motosumi Motomaku B vacuum arc deposition. 含水素炭素膜B形成はスパッタリング法によるのが良いようである。 Water Motosumi Motomaku B form is such that good by a sputtering method. 【0151】[比較例1(表7、表8;比較例試料18 [0151] [Comparative Example 1 (Table 7, Table 8; Comparative Sample 18
〜20)]実施例1と同じ基材の上に、実施例1と少しづつ異なる条件によって非晶質炭素被膜を形成した。 20)] on the same substrate as in Example 1, an amorphous carbon film by little by little different conditions as in Example 1. 比較例試料18〜20とする。 And Comparative Sample 18 to 20. 【0152】 【表7】 [0152] [Table 7] 【0153】 【表8】 [0153] [Table 8] 【0154】比較例試料18は、基材Sの上に直接に3 [0154] Comparative Sample 18 is directly 3 on the substrate S
00nmの無水素炭素膜Aを設け、さらに20at.%の水素を含む含水素炭素膜Bを形成したものである。 It provided no hydrogen carbon film A of nm, in which further the formation of the hydrous Motosumi Motomaku B containing 20at.% Hydrogen. BAS BAS
構造をとるが、無水素炭素膜A膜厚が300nmであり、200nm以下という本発明の条件から外れている。 Have a structure, but no hydrogen carbon film A film thickness is 300 nm, it is outside the conditions of the present invention of 200nm or less. 試料18は表面粗さRa=0.22μmであって粗面である。 Sample 18 is a rough surface to a surface roughness Ra = 0.22 [mu] m. それは無水素炭素膜Aが厚すぎて(300n It no hydrogen carbon film A is too thick (300n
m)その影響が含水素炭素膜Bを通して凹凸の多い粗面として現れたものである。 m) the effect is what has emerged as bumpy rough surface through water Motosumi Motomaku B. 摩擦係数も0.22と高い。 The coefficient of friction is also high as 0.22. 【0155】最も顕著な現れは相手材摩耗量が630μ [0155] The most prominent appeared mating member wear amount of 630μ
mというように全試料中で最大になるということである。 Is that maximized in all samples in so on m. 潤滑油の中での特性が悪い。 Characteristics of in the lubricating oil is bad. 凹凸多く相手材を深く傷付ける。 Unevenness many deeply damage the mating material. 摺動後相手粗さが0.15μmとなり、これも全試料中最大である。 It is 0.15μm next slide after mating roughness, which is also the largest in all the samples. ロックウエル、打撃試験の結果はいずれも3であって、無水素炭素膜Aが厚いからといって密着性が向上するというものでないことを物語る。 Rockwell, the results of the hitting test by a 3 none adhesion just because no hydrogen carbon film A is thick the tells that it is not intended that improved.
比較例試料18はつまり無水素炭素膜Aが200nmを越えては良くないということを意味している。 Comparative Sample 18 which means that that is hydrogen-free carbon film A is not good not exceed 200 nm. 【0156】比較例試料19は、基材Sの上に無水素炭素膜Aを設けず、すぐに含水素炭素膜Bをスパッタリング法によって設けている(BS構造)。 [0156] Comparative Sample 19 has not provided a hydrogen-free carbon film A on the substrate S, it is immediately provided the water Motosumi Motomaku B by sputtering (BS structure). 密着性はロックウエル、打撃とも評価は1であって最悪である。 Adhesion Rockwell, evaluation also blow the worst a 1. 密着性がないのですぐに含水素炭素膜Bが剥離してしまう。 Since there is no adhesion immediately water Motosumi Motomaku B peels. 剥離してしまうので、表面粗さRa、摺動特性、摩擦係数などを測定できなかった。 Since peeled off, the surface roughness Ra, sliding properties, could not be measured and the coefficient of friction. 【0157】比較例試料20は、基材Sの上に、20n [0157] Comparative Sample 20 has, on a substrate S, 20n
mのTi膜を真空アーク蒸着法で形成し、さらに20n The Ti film m was formed by a vacuum arc deposition method, further 20n
mの無水素炭素膜Aを真空アーク蒸着法によって設けている。 The hydrogen-free carbon film A of m is provided by a vacuum arc deposition. その上に500nm(層比25倍)で水素比が3 Hydrogen ratio 500 nm (layer ratio of 25 times) thereon 3
0at.%の含水素炭素膜BをプラズマCVD法によって形成している。 0at the.% Moisture Motosumi Motomaku B is formed by a plasma CVD method. BAMS構造で密着性は評価5で良い。 Adhesiveness BAMS structure may be the evaluation 5. 【0158】しかし含水素炭素膜Bの水素量が25at.% [0158] However the amount of hydrogen water Motosumi Motomaku B is 25 at.%
という本発明の上限を越えた30at.%であるのと、RF And in the range of 30 at.%, Which exceeds the upper limit of the present invention that, RF
プラズマCVDという製造方法のため、表面が粗くなる(Ra=18nm)。 For the manufacturing method of the plasma CVD, the surface becomes rough (Ra = 18nm). 摩擦係数も高く(0.25)て摺動させると相手材を200μmも摩損させる。 Friction coefficient is high (0.25) 200 [mu] m is also thereby wear the the sliding mating member Te. 相手側の摺動後粗さ(Ra)も0.06μmとなって高い値になる。 Mating sliding post roughness (Ra) be a 0.06μm becomes a high value. た。 It was. 【0159】[実施例2]半導体ウエハの搬送用アームに実施例1の試料10および比較例1の試料18の被膜を形成し、ウエハ搬送試験を行った。 [0159] [Example 2] to form a film of the transfer arm to the first embodiment of the sample 10 and the comparative example 1 of the sample 18 of the semiconductor wafer was subjected to wafer transfer test. 実施例1の試料1 Sample 1 of Example 1
0の発塵量は比較例試料18の10分の1以下に減少した。 Particle generation 0 was reduced to less than one tenth of the comparative sample 18. 【0160】 【発明の効果】本発明は、高密着性、高硬度、低摩擦係数、高平滑性で摺動特性に優れた非晶質炭素被膜を提供することができる。 [0160] The present invention can provide high adhesion, high hardness, low coefficient of friction, the amorphous carbon film having excellent sliding characteristics at high smoothness. また本発明は低コストで量産性に富んだ高密着性、高硬度、低摩擦係数の非晶質炭素被膜の製造方法を提供することができる。 The present invention can provide highly adhesive rich in mass production at low cost, a high hardness, a manufacturing method of the amorphous carbon film of a low friction coefficient. さらに高密着性、高硬度、低摩擦係数、高平滑性で摺動特性に優れた非晶質炭素被膜を有する工具、機械部品、金型を提供することができる。 Furthermore high adhesion, it is possible to provide a high hardness, low coefficient of friction, tool having an amorphous carbon film having excellent sliding characteristics at high smoothness, mechanical parts, molds. 従来例(特開2000−128516)はフィルタードカソードを用いるから無水素炭素膜Aが平滑で低摩擦係数でありピストンリングの場合無水素炭素膜Aを最外表面とすることができる。 Prior art (JP 2000-128516) is a hydrogen-free carbon film A case is a piston ring of low friction coefficient hydrogen-free carbon film A from using filtered-cathode smooth may be the outermost surface. しかし反面材料損が著しく成膜速度も遅く生産性が悪い。 But on the other hand there is also bad slow productivity significantly deposition rate material loss. 本発明はフィルタードカソードを用いないから材料損がなく、成膜速度は速く、生産性が高い。 The present invention has no material loss because without a filtered-cathode, deposition rate is fast, high productivity. 表9に本発明と従来例(特開2000−128516)の比較を示す。 It shows a comparison of the present invention and the conventional example (JP-2000-128516) Table 9. 【表9】 [Table 9]

【図面の簡単な説明】 【図1】本発明の非晶質炭素被膜であって、基材Sの上に無水素炭素膜A、含水素炭素膜Bを順に形成したBA BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS A amorphous carbon film of the present invention; FIG, to form hydrogen-free carbon film A on a substrate S, a water Motosumi Motomaku B in order BA
S構造を示す断面図。 Cross-sectional view showing the S configuration. 【図2】本発明の非晶質炭素被膜であって、基材Sの上に、金属層M、無水素炭素膜A、含水素炭素膜Bを順に形成したBAMS構造を示す断面図。 [Figure 2] A amorphous carbon film of the present invention, onto a substrate S, cross-sectional view showing a metal layer M, hydrogen-free carbon film A, the BAMS structure formed hydrous Motosumi Motomaku B in order. 【図3】本発明の非晶質炭素被膜であって、基材Sの上に無水素炭素膜A、水素濃度が表面に向かって連続的に増大する含水素炭素膜Bを順に形成したBbAS構造を示す断面図。 [Figure 3] A amorphous carbon film of the present invention, BBAS forming hydrogen-free carbon film A on a substrate S, a water Motosumi Motomaku B the hydrogen concentration increases continuously toward the surface in order cross-sectional view illustrating a structure. 【図4】本発明の非晶質炭素被膜であって、基材Sの上に無水素炭素膜A、水素濃度を2段階に変化させた含水素炭素膜Bを順に形成したB'BAS構造を示す断面図。 [4] A amorphous carbon film of the present invention, B'BAS structure formed hydrogen-free carbon film A on a substrate S, a water Motosumi Motomaku B of varying concentration of hydrogen in two steps in order sectional view showing a. 【図5】本発明の実施例1に使用した装置の概略断面図。 Schematic cross-sectional view of the apparatus used in Example 1 of the present invention; FIG. 【符号の説明】 25 第1真空アーク蒸発源26 第2真空アーク蒸発源27 真空チャンバ28 第1スパッタ蒸発源29 第2スパッタ蒸発源30 第1パルス直流電源31 第2パルス直流電源32 第1真空アーク蒸発源33 第2真空アーク蒸発源34 炭素原料固体35 金属原料固体36 炭素原料固体37 金属原料固体38 基材(試料) 39 基板ホルダー40 回転テーブル41 パルス直流電源42 ガス排気口43 ガス導入口 [EXPLANATION OF SYMBOLS] 25 first vacuum arc evaporation source 26 second vacuum arc evaporation source 27 vacuum chamber 28 first sputtering evaporation source 29 second sputter evaporation source 30 first pulse DC power supply 31 second pulse direct-current power source 32 first vacuum arc evaporation source 33 second vacuum arc evaporation source 34 carbon feedstock solids 35 metal feedstock solids 36 carbon feedstock solids 37 metal material solid 38 substrate (sample) 39 substrate holder 40 rotating table 41 pulse DC power supply 42 gas outlet 43 gas inlet

フロントページの続き Fターム(参考) 3C046 FF02 FF09 FF10 FF11 FF12 FF13 FF19 FF20 FF25 3J044 BA03 BB19 BC06 DA09 DA16 4G046 CA02 CB03 CB08 CC06 4K029 BA01 BA03 BA06 BA07 BA08 BA09 BA11 BA12 BA13 BA16 BA17 BA34 BB02 BB10 BD04 BD05 CA03 CA05 EA01 Front page of the continued F-term (reference) 3C046 FF02 FF09 FF10 FF11 FF12 FF13 FF19 FF20 FF25 3J044 BA03 BB19 BC06 DA09 DA16 4G046 CA02 CB03 CB08 CC06 4K029 BA01 BA03 BA06 BA07 BA08 BA09 BA11 BA12 BA13 BA16 BA17 BA34 BB02 BB10 BD04 BD05 CA03 CA05 EA01

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 【請求項1】 基材Sの上に形成した膜厚0.5nm〜 [Claims 1 film thickness was formed on the substrate S 0.5 nm to
    200nmの無水素炭素膜Aと、無水素炭素膜Aの上に形成した水素含有率が5at.%〜25at.%であり膜厚が無水素炭素膜Aの2倍〜1000倍である含水素炭素膜B A hydrogen-free carbon film A of 200 nm, hydrogen-containing form hydrogen content on a hydrogen-free carbon film A is 2 to 1000 times the 5at.% ~25at.% A and thickness hydrogen-free carbon film A carbon film B
    よりなることを特徴とする非晶質炭素被膜。 Amorphous carbon film characterized by comprising more. 【請求項2】 基材Sの上に形成したV、Cr、Fe、 Wherein V formed on the substrate S, Cr, Fe,
    Co、Hf、Ni、Cu、Zr、Nb、Ta、Mo、 Co, Hf, Ni, Cu, Zr, Nb, Ta, Mo,
    W、Pd、Pt、Ti、Al、Pbの内一つ以上の金属元素よりなる膜厚0.5nm〜30nmの金属層或いは金属炭化物層と、金属層或いは金属炭化物層の上に形成した膜厚0.5nm〜200nmの無水素炭素膜Aと、 W film thickness, Pd, Pt, Ti, Al, and one or more of a metal element thickness 0.5nm~30nm metal layer or a metal carbide layer of the Pb, were formed on the metal layer or metal carbide layer a hydrogen-free carbon film a of 0.5 nM to 200 nM,
    無水素炭素膜Aの上に形成した水素含有率が5at.%〜2 The formed hydrogen content on a hydrogen-free carbon film A is 5at.% To 2
    5at.%であり膜厚が無水素炭素膜Aの2倍〜1000倍である含水素炭素膜Bよりなることを特徴とする非晶質炭素被膜。 5at.% A and thickness amorphous carbon film characterized by comprising from water Motosumi Motomaku B is 2 to 1000 times the hydrogen-free carbon film A. 【請求項3】 基材Sの上に、膜厚0.5nm〜200 To 3. A on the substrate S, the thickness 0.5nm~200
    nmの無水素炭素膜Aをフィルタードカソード法を用いない真空アーク蒸着法あるいはスパッタリング法によって形成し、無水素炭素膜Aの上に水素含有率が5at.%〜 The hydrogen-free carbon film A of nm was formed by vacuum arc deposition or sputtering without using the filtered cathode method, hydrogen content on a hydrogen-free carbon film A is 5at.% ~
    25at.%であり膜厚が無水素炭素膜Aの2倍〜1000 25 at. 2 times a and thickness percent hydrogen-free carbon film A to 1000
    倍である含水素炭素膜Bを真空アーク蒸着法あるいはスパッタリング法によって形成することを特徴とする非晶質炭素被膜の製造方法。 The method for producing an amorphous carbon film, wherein a is a multiple water Motosumi Motomaku B formed by vacuum arc deposition or sputtering. 【請求項4】 基材Sの上に、V、Cr、Fe、Co、 4. On the substrate S, V, Cr, Fe, Co,
    Hf、Ni、Cu、Zr、Nb、Ta、Mo、W、P Hf, Ni, Cu, Zr, Nb, Ta, Mo, W, P
    d、Pt、Ti、Al、Pbの内一つ以上の金属元素よりなる膜厚0.5nm〜30nmの金属層あるいは金属炭化物層を形成し、その上に膜厚0.5nm〜200n d, the thickness Pt, Ti, Al, to form a metal layer or a metal carbide layer having a thickness 0.5nm~30nm consisting of one or more metallic elements of Pb, thereon 0.5nm~200n
    mの無水素炭素膜Aをフィルタードカソード法を用いない真空アーク蒸着法あるいはスパッタリング法によって形成し、無水素炭素膜Aの上に水素含有率が5at.%〜2 The hydrogen-free carbon film A of m was formed by vacuum arc deposition or sputtering without using the filtered cathode method, hydrogen content on a hydrogen-free carbon film A is 5at.% To 2
    5at.%であり膜厚が無水素炭素膜Aの2倍〜1000倍である含水素炭素膜Bを真空アーク蒸着法あるいはスパッタリング法によって形成することを特徴とする非晶質炭素被膜の製造方法。 5at.% A is the method of manufacturing the amorphous carbon film, wherein a film thickness is formed by vacuum arc deposition or sputtering a water Motosumi Motomaku B is 2 to 1000 times the hydrogen-free carbon film A . 【請求項5】 プランジャー、シム、タペット、カム、 5. A plunger, shim, tappet, cam,
    シリンダライナー、ピストン、金型、半導体搬送部品であって、膜厚0.5nm〜200nmの無水素炭素膜A Cylinder liners, pistons, molds, a semiconductor conveyance component, hydrogen-free carbon film A having a thickness 0.5nm~200nm
    と、無水素炭素膜Aの上に形成した水素含有率が5at.% When the hydrogen content which is formed on the hydrogen-free carbon film A is 5at.%
    〜25at.%であり膜厚が無水素炭素膜Aの2倍〜100 ~25at. 2 times a and thickness percent hydrogen-free carbon film A to 100
    0倍である含水素炭素膜Bとをこの順で表面に形成してあることを特徴とする非晶質炭素被膜の被覆部材。 0 times water Motosumi Motomaku B and the covering member of the amorphous carbon film, characterized in that this order is formed on the surface. 【請求項6】 プランジャー、シム、タペット、カム、 6. A plunger, shim, tappet, cam,
    シリンダライナー、ピストン、金型、半導体搬送部品であって、V、Cr、Fe、Co、Hf、Ni、Cu、Z Cylinder liners, pistons, molds, a semiconductor conveyance components, V, Cr, Fe, Co, Hf, Ni, Cu, Z
    r、Nb、Ta、Mo、W、Pd、Pt、Ti、Al、 r, Nb, Ta, Mo, W, Pd, Pt, Ti, Al,
    Pbの内一つ以上の金属元素よりなる膜厚0.5nm〜 Thickness consisting of one or more metallic elements of pb 0.5 nm to
    30nmの金属層あるいは金属炭化物層と、膜厚0.5 And a metal layer or a metal carbide layer of 30 nm, a thickness of 0.5
    nm〜200nmの無水素炭素膜Aと、無水素炭素膜A A hydrogen-free carbon film A of Nm~200nm, hydrogen-free carbon film A
    の上に形成した水素含有率が5at.%〜25at.%であり膜厚が無水素炭素膜Aの2倍〜1000倍である含水素炭素膜Bとをこの順で表面に形成してあることを特徴とする非晶質炭素被膜の被覆部材。 The formed hydrogen content is formed in 5at.% ~25at.% A and thickness is 2 to 1000 times the hydrogen-free carbon film A water Motosumi Motomaku B and the surface in this order on a covering members of the amorphous carbon film, characterized in that.
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